Лако-красочные материалы — производство

При выборе оптимальных способа и оборудования для процесса измельчения и оценке затрат на его проведение руководствуются раз­делением полимерных материалов на четыре группы:

1) хрупкоупруголомкие (олигомерные реактопласты);

2) хрупкоупругопрочные (термопласты);

3) вязкоупругие (полиамиды, полиуретаны, фторопласты);

4) эластичноупругие (эластомеры).

Удельные затраты энергии на измельчение увеличиваются от первой группы к последней. Способы тонкого измельчения полиме­ров: без охлаждения материала; с охлаждением потоком инертного газа или воздуха; криогенный.

Многие конструкции ударно-центробежных мельниц имеют при­вод, позволяющий изменять частоту вращения ротора, и окружная скорость ударных тел может достигать 250 м/с. При высокой скоро­сти ударных тел можно измельчать вязкоупругие полимерные мате­риалы и на дезинтеграторах.

При соприкосновении ударных тел с материалом происходит пре­вращение механической энергии в тепловую, что может привести неко­торые полимерные материалы к вязкоупругому состоянию. Поэтому при измельчении таких материалов и вязкоупругих при обычной температу­ре применяют ударно-центробежные («ножевые») мельницы, в которых ударные тела и зубчатая броня имеют режущие кромки.

При измельчении на «ножевых» мельницах вязкоупругих поли­мерных материалов получают материал с крупностью частиц 0,3-2 мм. Для измельчения хрупких материалов они обычно не при­меняются.

Ударно-центробежные мельницы, во избежание их быстрого из­носа, предназначены для измельчения материалов, абразивность (твердость) которых не превышает 3-4 единицы по шкале Мооса. В состав красок, в частности некоторых марок эпоксидных, входит кварцевая мука, обладающая высокой абразивностью. Для таких кра­сок применяют ударно-центробежные мельницы с массивными, легко заменяемыми ударными телами и броней, часто изготавливаемыми из сверхтвердых материалов.

Производительность ударно-центробежных мельниц и удельный расход электроэнергии на измельчение могут изменяться в десятки раз в зависимости от вида полимерного материала.

При криогенном способе тонкого измельчения, учитывая взрыво — опасность многих пылей полимерных материалов, применяют жид­кий азот. На рис. 46 приведена схема установки для криогенного из­мельчения. Жидкий азот из танка через регулятор расхода и дроссе­лирующее устройство поступает в теплообменник, в который дозато­ром непрерывно подается полимерный материал.

Охлажденный материал вместе с низкотемпературным пото­ком газообразного азота поступает в ударно-центробежную мельницу с тепловой изоляцией (в мельнице с помощью вентиля­тора поддерживается небольшое разрежение), из нее измельчен­ный материал выносится потоком азота и улавливается в рукав­ном фильтре.

Тонкость измельчения регулируют скоростью подачи материала и азота, а также частотой вращения ротора. Время пребывания в мель­нице влияет не только на тонкость измельчения материала, но и на его свойства.

На установке с молотковой ударно-центробежной мельницей при измельчении полиамидов, полиэтилена, противоударного поли­стирола до 100-300 мкм при температурах 60-110°С расход жидко­го азота составил 5-8 кг на 1 кг измельченного материала, а для бо­лее легко измельчаемых материалов он может снизиться приблизи­тельно до 1 кг.

В скоростных смесителях наиболее часто имеются две мешалки — пропеллерные (рис. 47, а), дисковые (рис. 47, б), лопастные или иной формы. Верхняя мешалка, имеющая окружную скорость -10-15 м/с, обеспечивает псевдоожижение материала, а нижняя — интенсивную циркуляцию в корпусе смесителя. Верхняя мешалка может иметь от­дельный привод с более высокой частотой вращения.

Рис. 47. Принципиальные схемы скоростных смесителей: а — с пропеллерными мешалками (типа фирм «Ангер» и «Понтер Папенмайер»); б — с дисковыми мешалками (типа«Хеншель»);

1 — корпус; 2 — верхняя мешалка; 3 — нижняя мешалка; 4 — отбойная лопасть

Многие скоростные смесители имеют приводное устройство, позво­ляющее плавно или ступенчато изменять частоту вращения мешалок.

Для усреднения отдельных партий красок и иногда для смешения компонентов краски, подвергаемой расплавлению, применяется ус­реднитель с планетарно-шнековой мешалкой (рис. 48). В зависимости от объема усреднителя вал мешалки делает -1-2 об/мин, а шнек — 40-60 об/мин. Использование этого усреднителя в качестве смесителя не обеспечивает равномерного перемешивания компонентов краски.

Для гомогенизации компонентов краски в расплаве с одновре­менным диспергированием пигментов и наполнителей применяют червячные машины.

Червячные машины непрерывного действия состоят из одного или нескольких червяков, цилиндра, в котором вращаются червяки, загрузочного устройства и головки для выдачи продукта. По длине цилиндра имеется несколько зон теплообмена. В первых зонах обыч­но поддерживают невысокие температуры, чтобы создать «поршень» из материала, выдавливающий расплав, а следующие за ними зоны нагревают до определенных температур. Температурный режим по длине червячной машины должен обеспечивать необходимые реоло­
гические свойства смеси и не оказывать отрицательного влияния на свойства продукта. Смешение компонентов в расплавах полимеров достигается за счет деформаций сдвига. Их величина, направление и продолжительность действия зависят не столько от реологических свойств смеси, сколько от конструкции червячной машины. Для го­могенизации наибольшее применение находят двухчервячные смеси­тели и одночервячные смесители с осциллирующим червяком.

В двухчервячных машинах (рис. 49) червяк может иметь форму винта, часто с переменным шагом, изменением направлений винта и установкой смесительных кулачков на отдельных участках червяка, как это имеет место в смесителях СН, применяемых для гомогениза­ции расплавов эпоксидов.

При гомогенизации компонентов краски, в частности эпоксидной, недопустимо длительное время пребывания расплава в смесителе (иначе может произойти отверждение олигомера). В этих случаях необходимо применять дисковые смесители (рис. 50).

В дисковом смесителе один из двух профилированных дисков вращается, второй неподвижен, и вследствие так называемого эффек­та Вайсенберга в вязких расплавах полимеров расплав движется от периферии дисков к их центру. Достоинство такого смесителя — хо­рошая гомогенизация расплава при непродолжительном времени пре­бывания в смесителе.