Лако-красочные материалы — производство

В почти всех случаях на оканчивающих стадиях получения пигментов производят их измельчение и микронизацию. Различают:

1) грубое измельчение с получением частиц размером 100—1000 мкм,

2)  среднее измельчение — до 100 мкм,

3)  тонкое измельчение — до 10 мкм,

4)  сверхтонкое измельчение — микронизацию с получением частиц размером наименее 1 мкм.

Измельчение производят поэтапно, поочередным дроблением и размолом в мельницах разных типов. Измельчение — дорогой и высокоэнергоемкий процесс.

При механическом диспергировании протекают два обратных процесса; разрушение частиц наружной силой, почаще прилагаемой к совокупы частиц, и агрегация частиц, как самопроизвольная, так и вызываемая наружными сжимающими усилиями. Оба процесса зависят от природы окружающей частички пигмента среды и критерий ее взаимодействия с частичками. Разрушение твердого тела происходит по более слабеньким местам: плоскостям спайности и блокам кристаллов, макро — и микротрещинам и другим недостаткам кристаллической решетки. На разрыв ковалентных и ионных связей в разных материалах требуется затратить от 10 до 1000 кДж/моль и поболее. Крепкость реальных кристаллов по местам краевых дислокаций обычно в 102—104 раз ниже. Количество изъянов с уменьшением размеров частиц становится меньше, и малые частички вроде бы упрочняются, энергозатрата растет, процесс измельчения замедляется, а потом совершенно прекращается. Для облегчения измельчения материалов за ранее наращивают в их содержание линейных изъянов, подвергая материалы термическим ударам (гашение раскаленных товаров в прохладной воде, обработка высокотемпературной плазмой) либо вводя примеси ионов, нарушающих порядок кристаллической решетки.

Скопление маленьких частиц затрудняет передачу прилагаемых сдвиговых механических напряжений вследствие диссипации — рассеяния энергии на передвижение и нагрев частиц в подвижных порошковых системах. Для увеличения эффективности процесса измельчения нужно безпрерывно удалять из рабочей зоны мельниц фракции частиц, не требующие предстоящего измельчения. Для этого в замкнутый цикл с мельницами включают аэро — либо гидросепараторы. Измельчение малодефектных частиц целенаправлено проводить в других, поочередно работающих измельчителях с более высокоэнергонапряженными параметрами, к примеру в вибрационных и струйных мельницах.

В итоге механических процессов измельчения происходит разупорядоченность поверхностных слоев и разрыв хим связей с образованием свободных радикалов, электрически заряженных центров и аморфизированных слоев шириной до 2 нм. Рвение понизить возросший припас поверхностной энергии вызывает коагуляцию частиц с образованием плотных агрегатов, цепочечных и сетчатых структур, изменяющих физические характеристики порошков. При достижении размера частиц 10—1 мкм предстоящее сухое измельчение становится фактически неосуществимым и продолжать его можно только в присутствии ПАВ.

Для облегчения узкого измельчения используют влажный размол. Воды, отлично смачивающие измельчаемый материал, в особенности смеси поверхностно-активных диспергаторов, в присутствии электролитов проникая в микротрещины, оказывают на частички расклинивающее действие (эффект Ребиндера), что ускоряет процесс измельчения на 30—60 % и препятствует агрегации. Влажное измельчение позволяет получать частички размером 0,2—1 мкм. Но после влажного измельчения, обычно, нужно удалять жидкость. Для этого полученную суспензию пигмента коагулируют, вводя осадители (сульфат алюминия, жидкое стекло) либо флокулянты — очень малые количества (0,001—0,5 %) полиэлектролитов (полиакриламида, гидролизованного полиакрилонитрила, карбоксиметилцеллюлозы и др.). Выпавший в осадок пигмент отфильтровывают, дополнительно промывают и сушат. Процесс сушки просит издержки огромного количества термический энергии и сопровождается фазовым срастанием частиц, что вызывает необходимость дополнительного механического измельчения. Сушка пигментов, измененных ПАВ, во взвешенном состоянии в распылительных сушилках существенно понижает повторную агрегацию.

Коэффициент полезного деяния измельчителей очень низок; для шаровых и других мельниц он составляет только толики процента, а удельные энергозатраты добиваются 50—150 кВт-ч/т при узком и поболее 500 кВт-ч/т при сверхтонком измельчении. Измельчение сопровождается загрязнением пигментов — «намолом», образующимся в итоге истирания рабочих частей мельниц. Все это принуждает изыскивать методы, исключающие измельчение из технологических процессов производства пигментов.