Лако-красочные материалы — производство

11.2.1. Типы диспергаторов, выбор типа диспергатора. Типы диспергаторов (называемых также краскотерочными машинами, краскотерками, мельницами) показаны на рис. 35. .

Существенной особенностью диспергаторов является жесткое или свободное крепление в них рабочих тел. В первом случае ско­рость движения рабочих тел не зависит от вязкости пигментной сус­пензии, во втором — зависит в большой мере, вплоть до прекращения их движения. В связи с этим ниже диспергаторы разделены на две группы: со свободно движущимися рабочими телами и с жестко за­крепленными рабочими телами.

Tgygj^ Рис. 35. Типы диспергаторов: а — бисерная машина; 6 — атритор периодического действия; в — атритор непрерывного действия; г — атритор непрерывного действия с отбойными лопастями; д ~ электромаг­нитный диспергатор; е — шаровая мельница периодического действия; ж — планетарная шаровая мельница; З — вибрационная шаровая мельница; и — диспергатор ЛТИ-1 пе­риодического действия; к ~ диспергатор ЛТИ-1 непрерывного действия; л — дисперга­тор ЛТИ-2; м — трехвалковая машина; н — двухвалковая машина; о — одновалковая машина; п — фрикционные вальцы; р — дисковый диспергатор; с — виброкавитационная коллоидная мельница; т — смеситель тяжелого типа (резиносмеситель); у — червячный смеситель; ф — скоростной смеситель-диспергатор с днскозубчатой мешалкой (дисоль — вер); х — диспергатор «Кейди-Милл»; ц — ультразвуковой и звуковой диспергатор

Выбор оптимального диспергатора зависит, главным образом, от вида диспергируемого пигмента, вязкости дисперсии пигмента в пленкообразующем веществе и требуемой степени диспергирования пигмента.

По влиянию на выбор диспергатора пигменты делятся на сле­дующие группы:

1) синтетические тонко дисперсные (размер первичных частиц 0,1-2 мкм) легко диспергируемые пигменты (цинковые белила, лито­пон, двуокись титана и др.);

2) синтетические тонкодисперсные (размер первичных частиц 0,01-0,1 мкм) труднодиспергируемые пигменты (железная лазурь, сажа, а также некоторые марки свинцовых кронов и органических пигментов);

3) природные грубодисперсные (размер первичных частиц 5-40 мкм) пигменты и наполнители;

4) природные микронизированные (размер первичных частиц 1-10 мкм) пигменты и наполнители;

5) абразивные пигменты (железный сурик, мумия, красный желе — зоокисный немикронизированный пигмент).

Получаемые при диспергировании пигментов дисперсии объеди­няют в три группы: легкотекучие; пастообразные (густотертые и ху­дожественные краски, шпатлевки); твердые* при обычной температуре так называемые суховальцованные пасты (СВП).

Исходя из нормируемых требований к отдельным группам кра­сок, их можно условно характеризовать следующими показателями (требованиями) по степени перетира в единицах прибора «Клин»:

1) низкая — >40 единиц;

2) средняя — 40-15 единиц;

3) высокая — 15-1 единица.

11.2.2. Диспергаторы со свободно движущимися рабочими те­лами. В диспергаторах со свободно движущимися рабочими телами (рис. 35, а~л) наиболее часто в качестве рабочих тел применяют стальные и фарфоровые шары или стеклянные шарики — бисер. Дис­пергирование протекает за счет сил трения, возникающих в суспензии пигмента при взаимном скольжении и перекатывании шаров. Важ­нейшими факторами (помимо рецептуры суспензии), определяющими производительность этих диспергаторов и достигаемую на них сте­пень диспергирования, являются размеры рабочих тел и интенсив­ность их движения.

Бисерные (песочные) машины. Этот тип диспергаторов непре­рывного действия представляет собой цилиндрический неподвижный корпус (контейнер), внутри которого быстро вращается перемеши­вающее устройство. Аппарат на 50-60% объема заполнен рабочими телами размерами 0,6-2 мм. Через него непрерывно пропускается пигментная суспензия. Сначала в качестве рабочих тел применяли песок и эти аппараты назвали песочными мельницами. Затем наряду с песком начали применять стеклянный бисер, что привело к модифи­кации их наименования — бисерные машины.

На рис. 36 представлены конструкции дисков, образующих ротор бисерной машины. Роторы, состоящие из колец* расположенных по спирали (рис. 36, г), применены в машинах «Молинекс», используемых для более вязких суспензий, чем машины с плоскими дисками. Наибо­лее широкое применение находят сплошные диски (рис. 36, бу д) и дис­ки с винтовым ребром (рис. 36, в).

На эффективность работы бисерной машины помимо типа пере­мешивающего устройства большое влияние оказывает его конструк­ция (например, для дисков типов, изображенных на рис. 36, б, ду это число, размер и расположение отверстий и кулачков, расстояние меж­ду дисками). Вблизи вала мешалки имеет место «застойная зона», замедляющая процесс диспергирования, и на ее перемешивание бесполезно расходуется электроэнергия. Применение мешалки с большим диаметром вала или установка на вале используемых машин утолщенных распорных втулок позволяет заметно повы­сить производительность.

Рис. 36. Варианты конструкции дисков, образующих ротор бисерной машины: А — кольцевой диск; 6 — диск с отверстиями; в — диск с винтовым ребром; г — ротор с эксцентрично закрепленными кольцами; д — диск кулачковый

Главными факторами, определяющими высокую производитель­ность машины, являются малый размер рабочих тел и их интенсивное движение.

В большинстве случаев на бисерных машинах оптимальная вяз­кость пигментной суспензии составляет 0,05-0,3 Па с, в отдельных случаях она доходит до 1 Па-с. Температура суспензии поддержива­ется с помощью водяной рубашки (обычно порядка 40-50°С); по кон­структивным данным она не должна превышать 80°С.

При использовании стальных шариков диаметром 2-3 мм и спе­циальной конструкции ротора машины вязкость пигментных суспен­зий может составлять сотни пуаз, и в этих случаях машину часто на­зывают не бисерной, а шариковой.

Бисерные машины с рабочими телами в виде песка, бисера из стекла или керамических материалов обладают высокой объемной производительностью при диспергировании тонкодисперсных легко — диспергируемых синтетических неорганических и органических пиг­ментов и природных микронизированных пигментов.

Грубо дисперсные природные пигменты и наполнители, особенно железный сурик и абразивный немикронизированный синтетический красный железоокисный пигмент, вызывают быстрый износ стакана корпуса и ротора бисерной машины (после нескольких недель работы требуется их замена), и при диспергировании этих пигментов резко снижается производительность машины. Производительность бисер­ной машины также значительно снижается при диспергировании син­тетических тонкодисперсных, но труднодиспергируемых пигментов. В этом случае рекомендуется применение стальных шариков, заметно повышающих производительность.

Достоинства бисерных машин:

1) высокая объемная производительность при диспергировании тонкодисперсных легкодиспергируемых и микронизированных пиг­ментов;

2) возможность получения высокой степени диспергирования и тем самым повышение качества краски и покрытия, снижение расхо­да пигмента в рецептуре краски;

3) возможность сравнительно легко переходить на другой вид пиг­ментной суспензии благодаря небольшому объему корпуса и бисера;

4) бесшумная работа;

5) хорошая степень герметизации;

6) возможность осуществления непрерывного, автоматизирован­ного процесса диспергирования;

7) сравнительно простая конструкция;

8) простота обслуживания;

9) более низкие удельные расходы электроэнергии, чем у шаро­вых мельниц и трехвалковых машин (при тонко дисперсных легко — диспергируемых пигментах).

Недостатком бисерных машин является то, что они непригодны для получения пастообразных суспензий типа густотертых красок и неэффективны при диспергировании ряда пигментов. Хотя сама би­серная машина весьма компактна, она требует установки сравнитель­но громоздкого оборудования периодического действия для предва­рительного смешения пигментов с пленкообразующими веществами. Этот недостаток может быть устранен при непрерывном способе смешения.

Лтриторами называют диспергаторы, в которых рабочие тела — шары — перемешиваются лопастной мешалкой. Их иногда называют шаровыми мельницами с мешалкой. Выпускаются атриторы перио­дического (рис. 35, б) и непрерывного (рис. 35, в, г) действия.

В корпусе атритора, заполненном шарами, вращается вал с лопа­стями, расположенными по спирали под углом 60-90° друг к другу. Длина лопастей составляет -0,8 радиуса цилиндрического корпуса. При вращении мешалки создается интенсивное движение шаров во­круг движущихся лопастей, а также их колебательное движение при прохождении последних через слой шаров.

На рис. 35, б показана конструкция атритора периодического дей­ствия. Лопасти мешалки чаще всего круглые. Частота вращения ме­шалки в зависимости от типоразмера машины колеблется от 50 до 150 об/мин. Корпус снабжен рубашкой. В атриторах периодического действия в процессе диспергирования осуществляют рециркуляцию легкотекучей суспензии с помощью насоса. Объемное заполнение корпуса шарами составляет 70-80%. Диаметр стальных и керамиче­ских шаров в первых моделях атриторов был равен 12-15 мм, а затем снизился до 5-7 мм.

Атриторы непрерывного действия (рис. 35, в) имеют большое число лопастей, суспензия поступает в нижнюю часть корпуса и раз­гружается в верхней части через сетку. Частота вращения мешалки атриторов непрерывного действия порядка 100-250 об/мин. В них применяются шары диаметром 3-6 мм, изготовленные из стали, фар­фора или карбида вольфрама. С появлением бисерных машин, имею­щих более высокую объемную производительность, обусловленную меньшим размером рабочих тел и их интенсивным движением, атри­торы непрерывного действия типа, изображенного на рис. 35, в, не нашли распространения в цехах красок.

Новая конструкция атриторов непрерывного действия приведена на рис. 35, г. Ее главное отличие от показанной на рис. 35, б — отбой­ные лопасти, закрепленные на корпусе. При отсутствии отбойных лопастей смесь шаров и суспензии вращается в корпусе, что снижает интенсивность процесса диспергирования. При высокой вязкости суспензии вся масса шаров с вязкой суспензией вращается вместе с мешалкой и диспергирование прекращается.

Отбойные лопасти не только значительно интенсифицируют ра­боту шаров, но и позволяют осуществлять диспергирование вязких суспензий.

При одинаковых или близких объемах корпусов мощность элек­тродвигателей атриторов с отбойными лопастями в 3-4 раза больше, чем у бисерных машин.

Атритор непрерывного действия со стальными шарами диамет­ром 2-3 мм имеет удельную объемную производительность в 2-3 ра­за выше, чем бисерная машина со стеклянным бисером. Он является высокопроизводительным диспергатором для тонкодисперсных, но труднодиспергируемых пигментов (железная лазурь, сажа и др.). На нем можно диспергировать высоковязкие суспензии. Рецептура мно­гих эмалей не позволяет обеспечить необходимое количество раство­рителей для получения оптимального состава дисперсионной среды низковязких «тощих» паст, диспергируемых в бисерных машинах. Возможность повышения вязкости суспензии (пасты) при примене­нии атриторов позволяет значительно увеличить концентрацию пиг­мента в суспензии (пасте) и тем самым снизить требуемое количество растворителей для получения оптимального состава дисперсионной среды.

Электромагнитный диспергатор. Имеются два типа элек­тромагнитных аппаратов со свободно движущимися рабочими телами, предлагаемые для использования в качестве диспергато­ров: вихревые аппараты с вращающимся магнитным полем, в ко­тором возникает вихревое движение магнитомягких (металличе­ских) проволочек, и аппараты с так называемым магнитокипящим слоем. В последних в знакопеременном (пульсирующем) элек­тромагнитном поле интенсивно движутся сферические магнитот- вердые тела, изготовленные из материалов, обладающих высокой коэрцитивной силой. Для процесса диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах наибольший интерес представляет аппарат с магнитокипящим слоем. Такого типа аппарат (рис. 37) состоит из электрической обмотки (индуктора) 2 соленоидально — го типа и рабочей камеры 3, выполненной из неферромагнитного материала и заполненной на 70-80% ее объема рабочими тела­ми 4 — постоянными магнитами сферической формы. Индуктор питается током промышленной частоты (50 Гц) через автотранс­форматор для регулировки его напряжения. Интенсивное движе­ние магнитных тел обеспечивает протекание процесса дисперги­рования. Пигментная суспензия поступает в нижнюю часть ци­линдрической камеры и разгружается в ее верхней части. Этот диспергатор является непрерывно действующим аппаратом пол­ного смешения. Для более равномерного распределения частиц диспергатор с помощью решеток 5 сделан многоступенчатым.

Рис. 37. Электромагнитный диспергатор: 1 — сетка; 2 — индуктор; 3 ~ рабочая камера; 4 — рабочие магнитные тела; 5 — решетки

В качестве рабочих магнитных тел применяется гексаферит бария и стронция, марганец-алюминиевый сплав и другие мате­риалы.

Достоинствами этого диспергатора помимо высокой объемной производительности являются:

1) отсутствие движущихся механических устройств;

2) малый удельный расход электроэнергии;

3) бесшумность работы, полная герметизация;

4) возможность создания диспергатора большой производитель­ности.

Основные недостатки — сравнительно большой износ рабочих тел и их темная окраска, влияющая на цвет белых и светлых эмалей.

Шаровые мельницы. К шаровым мельницам, применяемым для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах в виде их легкотекучих суспензий, относятся шаровые мельницы периодиче­ского действия (см. рис. 35, е), планетарные шаровые мельницы (рис. 35, ж) и шаровые вибрационные мельницы (рис. 35, з). В плане­тарных шаровых мельницах съемные барабаны небольшого объема (от нескольких литров до нескольких десятков литров), частично за­полненные шарами, вращаются вокруг своей оси и совершают враща­тельное движение вместе с рамой, на которой они закреплены, вокруг ее оси. Эти диспергаторы используются в лабораториях или для по­лучения небольших количеств пигментных суспензий. Шаровые виб­рационные мельницы дают большой примол шаров к продукту, осо­бенно при фарфоровых шарах, не имеют преимуществ по сравнению с обычными шаровыми мельницами и в настоящее время не исполь­зуются в качестве диспергаторов.

Наибольшее распространение нашли шаровые мельницы перио­дического действия, ранее являвшиеся основным типом диспергатора в цехах эмалей и сохранившие свое значение до настоящего времени при диспергировании грубодисперсных природных пигментов и на­полнителей, абразивных, а также тонкодисперсных труднодисперги — руемых пигментов.

Условия движения рабочих тел в шаровой мельнице при диспер­гировании пигментов в пленкообразующих веществах резко отлича­ются от условий при измельчении материалов. Рабочие тела переме­щаются в сравнительно вязких средах, тормозящих их движение, ша­ровая загрузка скользит по гладкой, не оребренной стенке барабана, «смазанной» пигментной суспензией. Кроме того, частота вращения барабана низкая, и степень его объемного заполнения рабочими тела­ми колеблется в широких пределах — от 20 до 50%.

В качестве рабочих тел в шаровых мельницах наиболее часто применяют стальные шары диаметром 30 мм и фарфоровые диамет­ром 30-40 мм. Замена стальных закаленных бракованных шаров для шарикоподшипников (брак по размеру) диаметром 30 мм на шары диаметром 10-15 мм затруднена их дефицитностью и высокой стои­мостью. Стальные шары диаметром 10-15 мм могут быть полноценно заменены чугунным дешевым цильпебсом (цилиндриками) диамет­ром 15-20 мм или отработанным чугунным цильпебсом цементных мельниц диаметром 10-15 мм.

При использовании рабочих тел малых размеров (10-20 мм) Вязкость пигментной суспензии должна составлять примерно 0,05-0,1 Па с, так как при повышенной вязкости снижение размера рабочих тел может не повысить, а снизить производительность.

Степень объемного заполнения барабана шарами ср зависит от их материала. Конструкция и мощность привода мельниц со стальными шарами, используемых для диспергирования пигментов в пленкооб­разующих веществах, рассчитаны на максимальное значение Ф = 22-25%. Такое значение обеспечивает достаточно высокую про­изводительность мельницы, поскольку его повышение в небольшой мере увеличивает поверхность скатывания, вместе с тем оно вызывает сильное скольжение рабочих тел относительно стенки барабана, ус­коряющее их износ и износ брони.

Оптимальная загрузка шаровой мельницы со стальными шарами пигментной суспензией по рецептуре «тощих» паст составляет 300% от объема пустот между шарами (объем пустот между шарами -40% от насыпного объема шаров).

Достоинства шаровых мельниц:

1) полная герметизация;

2) исключение необходимости предварительного смешения пиг­ментов с пленкообразующими веществами;

3) простота конструкции;

4) малые затраты труда;

5) возможность диспергирования любых пигментов, легкость и простота замены изнашивающихся рабочих тел при диспергировании природных грубодисперсных пигментов и наполнителей, а также аб­разивных пигментов;

6) полное устранение примола металла у мельниц с керамически­ми шарами и футеровкой;

7) простота обслуживания.

Основные недостатки:

1) трудность очистки при переходе на другую пасту (по цвету или пленкообразующему);

2) сильный шум при работе мельницы;

3) низкая производительность на единицу объема корпуса;

4) трудность достижения степени перетира в единицах прибора «Клин» ниже 15-20.

Шаровые мельницы являются эффективными диспергаторами для диспергирования природных грубодисперсных пигментов и наполни­телей, абразивных и синтетических тонкодисперсных, но труднодис — пергируемых пигментов. Они незаменимы для получения электроизо­ляционных эмалей, для которых совершенно недопустим примол металла.

Диспергатор ЛТИ-1 отличается от шаровой мельницы вовлече­нием всей массы рабочих тел в работу — На рис. 38 показана конструк­ция диспергаторов ЛТИ-1 периодического и непрерывного действия. Диспергатор периодического действия (рис. 38, а) представляет собой вращающийся частично заполненный рабочими телами (шары, циль — пебс) барабан, внутри которого неподвижно к его стенкам закреплен вал с лопастями. Диспергатор непрерывного действия (рис. 38, б) от­личается большим отношением длины барабана к его диаметру, нали­чием перегородок с отверстиями, разделяющих барабан на ряд сек­ций, и полыми цапфами для загрузки и разгрузки пигментной суспен­зии. Число лопастей, их форма и размеры, углы наклона лопастей к оси и к стенке барабана могут быть различными.

Вода

Рис. 38. Диспергатор ЛТИ-1: а — периодического действия; б — непрерывного действия; / — корпус; 2 — вал; 3 — лопасти; 4 — перегородки

6

При вращении барабана вся масса рабочих тел вследствие неиз­бежного смывания ими лопастей вовлекается в работу. Потребляемые электродвигателями мощности у диспергатора ЛТИ-1 и шаровой мельницы, имеющих одинаковый объем, совпадают, а удельный рас­ход электроэнергии у диспергатора ЛТИ-1 примерно в два раза ниже» чем у шаровой мельницы. Износ лопастей диаметром 50 мм, изготов-

Ленных из стали 50Х, после 16-месячной работы диспергатора ЛТИ-1 составил 0,5-0,8 мм; износ брони в 2-3 раза ниже, чем у шаровой мельницы.

Режимы заполнения барабана рабочими телами и пигментной суспензией, частота вращения барабана, достоинства, недостатки и области применения диспергатора ЛТИ-1 аналогичны приведенным для шаровых мельниц. Диспергатор ЛТИ-1 отличается от шаровой мельницы более высокой объемной производительностью, меньшим удельным расходом электроэнергии и более длительным сроком службы брони.

Диспергатор ЛТИ-2. Исследование динамики движения рабочих тел в барабане шаровой мельницы при диспергировании пигментов в пленкообразующих веществах показало, что производительность ша­ровых мельниц прямо пропорциональна поверхности скатывания ша­ров. Это исследование привело к созданию нового типа диспергатора со свободно движущимися рабочими телами — диспергатора ЛТИ-2, в котором создается развитая поверхность скатывания шаров.

Рис. 39. Диспергатор ЛТИ-2: а — радиальные перегородки; б — хордовые перегородки

6

А

В перегородках имеются небольшие отверстия для перетока сус­пензии. При проведении сравнительных испытаний диспергатора ЛТИ-2, диспергатора ЛТИ-1 и шаровой мельницы объемом по 300 л при прочих равных условиях [исключая заполнение металлическими шарами (для диспергатора ЛТИ-2 35% вместо 25%) и пигментной суспензией (500% от объема пустот между шарами вместо 300%)],

Развитие поверхности скатывания достигается созданием во вра­щающемся барабане ячеек, образованных продольными перегородка­ми, которые расположены радиально (рис. 39, а) или по хорде (рис. 39, б) и делят барабан на ряд секций-ячеек. Каждая из ячеек ба­рабана частично заполнена рабочими телами.

Оптимальных для шаровой мельницы и диспергатора ЛТИ-1, было получено, что объемная производительность диспергатора ЛТИ-2 примерно в 3,5 раза выше, чем у шаровой мельницы, и в 1,8 раза вы­ше, чем у диспергатора ЛТИ-1.

При удельной объемной производительности 135 кг/(чм3) произ­водительность диспергатора ЛТИ-2 объемом 4 м3 составит 540 кг/ч в пересчете на готовую эмаль ПФ-133 темно-красную.

Наряду с большой объемной производительностью диспергатор ЛТИ-2 вследствие высокой степени заполнения барабана пигментной суспензией требует меньших затрат труда на операции загрузки и выгрузки.

Достоинства, недостатки и область применения диспергатора ЛТИ-2 аналогичны приведенным для шаровой мельницы и дисперга­тора ЛТИ-1, за исключением того что он имеет значительно более высокую объемную производительность.

Необходимо учитывать, что в диспергаторе ЛТИ-2 перегородки изнашиваются с обеих сторон, а это требует их изготовления из изно­состойких материалов достаточной толщины. Мощность привода диспергатора ЛТИ-2 выше, чем у шаровой мельницы и диспергатора ЛТИ-1, одинаковых с ним объема, но удельный расход электроэнер­гии ниже.

11.2.3. Диспергаторы с жестко закрепленными рабочими те­лами. Диспергаторы с жестко закрепленными рабочими телами отли­чаются от диспергаторов со свободно движущимися рабочими телами тем, что скорость движения их рабочих частей не зависит от вязкости пигментной суспензии или пасты. В зависимости от типа диспергато­ра на них можно диспергировать легкотекучие суспензии, высоковяз­кие пасты и дисперсии пигмента в термопластичной твердой смоле, нагретой до температуры размягчения.

К диспергаторам с жестко закрепленными рабочими телами (рис. 34, М-х) относятся валковые, дисковые машины, коллоидные мельницы и различного типа смесители для высоковязких паст и легкотекучих сус­пензий. Из них в настоящее время применяются: трехвалковые машины в основном для получения густотертых красок, шпатлевок, художест­венных и типографских красок; фрикционные вальцы и смесители тяже­лого типа (резиносмесители) для получения так называемых суховальцо- ванных паст; высокоскоростные дисковые машины для текучих суспен­зий тонкодисперсных пигментов; смесители с высокоскоростными и кавитационного типа мешалками для диспергирования низковязких и
легкодиспергируемых пигментных суспензий (водоэмульсионных кра­сок и др.) и для первой ступени диспергирования, совмещенной с опера­цией смешения пигмента с жидкой частью суспензии.

Трехвалковые машины. В трехвалковых машинах (рис. 40), час­то называемых трехвалковыми краскотерками, пастообразная смесь пигмента с пленкообразующим веществом поступает в загрузочную коробку, захватывается в клиновидную щель между первым и вторым валками, вращающимися навстречу друг другу, затем проходит со второго валка на третий и с него снимается ножом. Абсолютная и относительная скорости валков, зазор между ними, вязкость пасты и ряд других факторов оказывают большое влияние на процесс диспер­гирования, протекающий в зоне контакта между валками, и на мощ­ность, потребляемую машиной.

3

А б е

В зависимости от свойств пигмента, требований к степени дис­пергирования и других факторов пигментную пасту пропускают через машину от 1 до 10 раз, а иногда и более (художественные краски). В зоне контакта между валками паста находится сотые доли секунды, и, следовательно, общая длительность процесса диспергирования на трехвалковой машине не превышает 1 с.

Трехвалковые машины (рис. 40) выпускаются с горизонтальным, вертикальным и наклонным расположением валков. Машины с верти­кальным и наклонным расположением валков более удобны для за­грузки, занимают меньше места, но несколько сложнее в изготовлении.

Рис. 40. Трехвалковая машина с различным расположением валков: А — горизонтальным; б — наклонным; в — вертикальным; 1 — валок; 2 — загрузочная коробка; 3 — нож

В трехвалковых машинах валки полые, из закаленной стали или отбеленного чугуна, охлаждаемые водой. Диаметр валков обычно 300-400 мм, длина 800-1000 мм.

Предельная скорость вращения наиболее быстроходного третьего валка машины ограничивается величиной центробежной силы на его поверхности, при которой начинается отрыв пасты от валка. Диамет­ры валков одинаковы, и скорости вращения остальных двух валков снижаются по отношению к скорости вращения быстроходного валка в пропорции 1:2:4 или 1 : 3 : 9. По указанным выше соображениям максимально допустимая окружная скорость третьего валка обычно не превышает 4-5 м/с. При диаметре валков 300-400 мм скорость вращения самого быстроходного валка составляет не более 200-250 об/мин.

В трехвалковых машинах корпуса подшипников среднего валка закреплены на станине машины неподвижно, а подшипники крайних валков могут перемещаться в ту или другую сторону, скользя по на­правляющим станины, для изменения величины зазоров. Изменение величины зазоров между валками необходимо для настройки машины на разные режимы работы в зависимости от свойств обрабатываемой пасты и требований к степени перетира по прибору «Клин», предъяв­ляемых к готовой продукции. Для перемещения корпусов подшипни­ков применяются различные устройства типа винтовых и гидравличе­ских прижимов с ручным или автоматическим управлением.

Достоинства трехвалковой машины:

1) легкость очистки при переходе на другую пигментную пасту;

2) пригодность для диспергирования высоковязких пигментных паст;

3) возможность весьма тонкого диспергирования на ней тонко­дисперсных, но труднодиспергируемых пигментов.

Основные недостатки:

1) открытая поверхность валков, приводящая к загрязнению ат­мосферы цеха и потере растворителей в случае их содержания в пиг­ментной пасте;

2) сложность конструкции;

3) низкая производительность;

4) повышенные затраты ручного труда и трудность механизации при высоковязких пастах;

5) быстрый износ поверхности валков при диспергировании абра­зивных и грубодисперсных природных пигментов и наполнителей.

Фрикционные вальцы, смеситель тяжелого типа (резиносме — ситель). Объединение под одним заголовком фрикционных вальцов и двухвалкового смесителя обусловлено общностью области их приме­нения. Они используются для получения так называемых суховальцо — ванных паст (СВП) на основе термопластичных пленкообразующих веществ (коллоксилина, перхлорвиниловых, поливинилбутиральных смол и др.). На них диспергируют пасты с высокой концентрацией пигментов, обычно твердые при 20-30°С, но переходящие при нагре­вании в пластичную массу со структурной вязкостью, измеряемой сотнями тысяч пуаз.

При пластикации на фрикционных вальцах и перемешивании в двухвалковых смесителях вследствие высокой вязкости пасты в ней возникают большие касательные напряжения, что позволяет с ис­пользованием ПАВ получать весьма тонкие дисперсии, часто недос­тижимые на других типах диспергаторов.

* Фрикционные полые вальцы, обогреваемые водой (рис. 35, л), ти­па применяемых для пластикации порохов и резины, в которых уси­лие распора (величина давления) может достигать 50-100 МПа, име­ют фрикцию (отношение частот вращения валков) от 1 : 1,1 до 1 : 1,5.

При получении суховальцованных паст на коллоксилине (СВП — НЦ) сначала приготавливают с помощью Z-образных смесителей вы­соковязкую массу, состоящую из коллоксилина, пластификатора, рас­творителей, пигментов и ПАВ (которые оказывают большое влияние на процесс диспергирования). Затем ее вальцуют на фрикционных вальцах. После вальцевания пасту пропускают через раскатные валь­цы, получая ленту толщиной 0,5-0,7 мм, легко раздробляемую на ку­сочки после охлаждения.

Вальцевание позволяет получать весьма тонкие дисперсии ряда пигментов (сажи, железной лазури и др.), но связано со значительны­ми затратами ручного труда.

На зарубежных заводах суховальцованные пасты, часто называе­мые чипсами (стружками), получают, применяя резиносмесители пе­риодического действия (рис. 35, т). В резиносмесителе в закрытом корпусе, целиком заполненном пастой, сжатой с помощью поршнево­го затвора, вращаются во взаимно противоположных направлениях два валка. При работе валков в нагретой высоковязкой массе возни­кают настолько высокие силы трения, что для смесителя объемом 130 л требуется мощность электродвигателя 200 кВт.

Диспергирование происходит за 30-40 мин, и поэтому расход электроэнергии не столь велик. Из смесителя полученная нагретая паста выходит в виде комообразной массы, и при ее охлаждении образуются твердые крупные комья, использование которых за­труднительно. Поэтому из смесителя нагретую массу передают на раскатные валки или в червячный пресс (экструдер), где превраща­ют ее в гранулы.

Дисковые диспергаторы. Дисковые диспергаторы со сталь­ными дисками (рис. 35, /?), называемые также ворончатыми крас­котерками, применяют для диспергирования небольших коли­честв легкотекучих суспензий в цехах покрытий и порошковых красок.

Выпущен новый тип высокопроизводительных дисковых диспер­гаторов, отличающихся материалом дисков и скоростью вращения. В этих диспергаторах диски изготовлены из специальных марок корун­да, верхний (сблокированный с загрузочной воронкой) неподвижен, нижний вращается с частотой 3000-3600 об/мин и может переме­щаться для регулирования зазора между дисками. Нижний диск обычно соединяют с помощью муфты непосредственно с валом вер­тикально установленного электродвигателя. Оба диска снабжены эф­фективной системой охлаждения. Диаметр дисков 200-400 мм. Сус­пензия подается в загрузочную воронку наливом или под давлением, создаваемым насосом. Машины с дисками из корунда используют для легкотекучих суспензий тонкодисперсных пигментов. Это самые компактные машины.

Габариты машин значительно меньше габаритов электродвигате­ля. При размерах дисков 200-400 мм они обладают производительно­стью 300-1500 л/ч, считая на готовую продукцию.

Диспергаторы типа коллоидных мельниц. Коллоидными мель­ницами являются аппараты для получения весьма тонких дисперсий (эмульсий, суспензий) с размерами частиц диспергированной фазы 1-20 мкм.

Особенность коллоидных мельниц — высокая частота вращения ротора (3000-18 000 об/мин).

При высоких скоростях диспергируемые вещества, обладающие даже сравнительно малой твердостью (абразивностью) и грубодис- персные, вызывают быстрый износ рабочих частей мельницы. Для уменьшения износа их часто изготавливают из твердых сплавов, ко­рунда и других износостойких материалов.

Виброкавитационные коллоидные мельницы (рис. 35, с) приме­няются в анилинокрасочной промышленности для диспергирования в водных средах органических пигментов, обладающих весьма низкой твердостью.

Ультразвуковые и звуковые диспергаторы. Достаточно мощ­ные ультразвуковые колебания жидкости (суспензии) можно полу­чить с помощью гидродинамического вибратора, магнитострикцион — ных и пьезоэлектрических преобразователей. В гидродинамических ультразвуковых вибраторах при вытекании жидкости из щели (рис. 35, ц) на тонкую пластинку незакрепленный ее конец вибрирует под действием струи жидкости. При ультразвуковых частотах коле­баний вибраторов в жидкости (суспензии) в ней образуются пусто­ты — кавитационные пузырьки, при захлопывании которых возникают большие мгновенные давления.

Звуковые диспергаторы по конструкции аналогичны гидродина­мическим ультразвуковым, только в них создаются небольшие часто­ты вибраций пластинки.

В диспергаторах с гидродинамическими вибраторами можно дис­пергировать только низковязкие суспензии тонкодисперсных микро — низированных легкодиспергируемых пигментов до невысокой степе­ни перетира по «Клину».

11.3. Оборудование для смешения пигментов с растворами пленкообразующих веществ

11.3.1. Смесители периодического действия. Наиболее широко применяют двухлопастные смесители легкого типа периодического действия с Z-образной формой лопастей (рис. 41).

Рис. 41. Двухлопастный смеситель с Z-образными лопастями: / — привод; 2 — станина; 3 — корпус; 4 — лопасть; 5 — крышка; б — подшипник передней лопасти; 7 — подшипник задней лопасти; 8 — противовес

Рабочий объем таких смесителей составляет 200-1000 л. Верхняя часть корпуса смесителя прямоугольная, днище составлено из двух полуцилиндров, соединенных между собой по образующей. Z — образные лопасти изогнуты вдоль их горизонтальной оси по винтовой линии, вращаются в противоположных направлениях; соотношение скоростей вращения лопастей равно 1:2.

Наружная грань лопастей плотно прилегает к днищу и стенкам корпуса, что обеспечивает очистку стенок при выгрузке пасты. Вы­грузка пасты в приемные вагонетки (дежи) осуществляется опроки­дыванием корпуса, вращающегося вокруг оси вала передней лопасти, подшипники которой закреплены на станине смесителя.

Подшипники вала второй лопасти закреплены на корпусе смеси­теля.

Для облегчения опрокидывания корпуса имеется противовес. Смесители для обезвоживания водных пигментных паст снабжены паровой рубашкой и рассчитаны на работу под вакуумом.

Небольшие количества легкотекучих суспензий получают в сме­сителях периодического действия с подъемной пропеллерной мешал­кой (рис. 42) и сменными дежами.

Рис. 42. Смеситель с вертикальной подъемной пропеллерной мешалкой: / — дежа; 2 — мешалка; 3 — электродвигатель; 4 — подъемное устройство

Для получения небольших партий нетекучих или труднотекучих паст и с целью исключения зачистки корпуса применяют смесители с вертикальной планетарной подъемной мешалкой и сменными дежа­ми. При опускании мешалки в дежу одновременно опускается кону­сообразная крышка дежи.

С бисерными машинами наиболее часто блокируют смесители с дискозубчатой мешалкой (дисольверы), являющиеся одновременно диспергаторами первой ступени диспергирования.

Периодически действующий смеситель стационарного типа с дискозубчатой мешалкой, соединенной с электродвигателем через эластичную муфту, изображен на рис. 43. Его объем обычно колеб­лется в пределах 1-3 м3.

Рис. 43. Смеситель периодического действия с дискозубчатой мешалкой (дисольвер): 1 — корпус; 2 — дискозубчатая мешалка; 3 — электродвигатель

11.3.2. Смесители непрерывного действия. На рис. 44 показан один из вариантов конструкции шнекового смесителя для получения пастообразных смесей. Его особенностью является подача порошко­образного материала сплошным шнеком, создающим «поршень» из спрессованного порошкообразного материала, который выдавливает пасту, образующуюся в смесителе. Подаваемая в смеситель жидкость перемешивается с порошкообразным материалом лопастным шнеком. Время пребывания смеси в этом аппарате не превышает 1 мин. При производительности смесителя до 1200 кг/ч мощность электродвига­теля ~7 кВт.

Рис. 44. Шиековый смеситель непрерывного действия: I — загрузочная воронка для пигмента; 2 — корпус; 3 — сплошной шнек; 4 — лопастный шнек; 5 — редуктор; б — электродвигатель

11 ♦ Крутько Э. Т., Прокопчук H. Р. 165

На рис. 45 показан двухступенчатый смеситель непрерывного действия с дискозубчатой мешалкой, устанавливаемый к бисерным машинам. Объем его невелик — 1-2 рабочих объема, обслуживаемых им бисерных машин.

Рис. 45. Смеситель непрерывного действия с дискозубчатой мешалкой: 1 — корпус, 2 — рубашка; 3 — перегородка; 4 — мешалка дискозубчатая; 5 — электродви­гатель; б — отражательная перегородка