塗料生產方法及設備的製作方法

2023-06-11 02:43:56 2

專利名稱：塗料生產方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於生產塗料的方法及其生產設備，屬塗料生產領域。
塗料主要由不揮發基料、溶劑和顏料組成。基料的一部分和溶劑由攪拌機攪拌成漆料。顏料和漆料混合後用砂磨機或球磨機進行研磨、細化和分散成為研磨色料。由此產生的色料是單色的，須與其它的單色料經預混合，經漆料調稀，才成為色漆(經過濾即為塗料成品)，這個過程叫分色軋漿，色漿調漆。因為從顏料的研磨過程來看，一種色漆含有多種顏料，各種顏料其分散性能不一樣，有的易分散(如鈦白、檸檬黃等)，有的較難分散(如碳黑、鐵藍)；而且各種顏料的雜質含量也不一樣，如果不加區別地混合在一起研磨分散(複色軋漿)，勢必造成難分散的顏料影響容易分散的顏料，雜質含量多的影響雜質含量少的，結果造成色漿產量下降、消耗增加、質量下降。
在塗料的生產過程中，色漆的總配方，常叫標準配方。但在工藝上，卻不能把整個配方中的原料一次混合、研磨、調配而成，而是分段進行。即先將合成樹脂(基料)溶於溶劑中形成基料分散體(這個過程很容易實現，只要用一般的攪拌設備如高速分散機就可完成)，然後將顏料分散在基料(基料分散體中的基料)中形成顏料分散體。顏料分散體的細度是保證油漆生產質量的關鍵環節。塗料廠從生產廠家購進的顏料常常是呈附聚狀態的(檢驗以通過325目篩餘物粒徑最大值，44.5μm為合格，這些粒子又是由眾多原始粒子附聚成的)，塗料生產要求將顏料粉碎至15μm以下的原始顆粒，原始顆粒被基料所溼潤包裹，均勻分散在漆料中。這個過程分為三個步驟1、潤溼，漆料置換顏料粒子表面吸附的空氣，或別的汙染物(如水分)，並且潤溼漆料進一步附上顏料表面；2、研磨，將顏料粒子用機械打開使之分離變成孤立的原始粒子；3、將孤立的原始粒子移動至漆料的總體中使粒子永久分離。在潤溼階段，塗料生產要求顏料顆粒首先被基料潤溼，即顏料被基料包裹分散在溶劑中，這就需要加入足夠的基料使顏料周圍有一連續的永久性塗層，才能保證顏料粒子的穩定分開。
把顏料分散體集中在一個釜內完成的(叫複色軋漿)，有一些應用。例如，對於經過表面處理的超細顏料(如某些進口鈦白粉)，其附聚態粒子(或原始顆粒)的粒度已經很小，不需要經過研磨過程繼續細化，因此可以將一種或多種超細顏料直接經過高速分散機(高速攪拌機)分散成色料或油漆成品。目前高速分散機直接用於製取色漆和成品僅有乳膠漆，灰雲母氧化鐵醇酸磁漆和白醇酸色漿。超細顏料品種物稀價貴，因此在大多數情況下，塗料的生產還是採取分色軋漿、用色漿調漆較為合理。
用分色軋漿、色漿調漆的方法對大批量生產過程無疑是合適的，但對於小批量生產多品種塗料卻不方便。如果用複色軋漿的方法在一個釜裡直接制出色漆或油漆成品，可以減少工序數，提高小批量生產的效率。
在《混合設備設計》(王凱，馮連芳著，機械工業出版社，P45)裡提到美國CHEMINEER公司，義大利PRESSINDUSTRIA CHEMICALEQUIPMENT公司和日本的特殊機化工業公司生產真空乳化釜。如有一容積為270L的真空乳化釜均質器(乳化頭)的轉速為350-3500轉/分，槳式攪拌器的轉速為12-75轉/分，真空度為0.07Mpa，可以攪拌粘度150-250pa.s的物料。這種均質器亦可作為單獨攪拌設備使用，通常稱為高速乳化分散器(國內稱為高剪切混合乳化頭)，主要由定子和轉子組成；單獨在空氣中使用時適應的粘度比真空乳化釜低，僅數十pa.s。這種真空乳化釜的真空度取決於密封度(主要在攪拌軸和釜之間)，溶劑的揮發程度，真空泵的功率。這種設備直接用來生產塗料成品還不是很完善，原因是色料研磨時要求基料和顏料含量儘可能高，使粘度儘可能高，而粘度太高導致乳化頭轉子對顏料的研磨細化作用減弱，顏料研磨的細度達不到要求。另外，無法克服複色軋漿的副作用。
管道式高剪切混合乳化器適合粘度10pa.s以下的工作介質，但是在此粘度下直接進行複色軋漿也生產不出較高質量要求的塗料。
機械式超聲波均質器和管道式高剪切乳化器在生產中的應用見於職業技術教育教材《日用化工機械設備》(梁耀開著)。
本發明的目的是提出一種改進的方法和設備，這種生產方法，可以複色製漿生產塗料成品，它的生產設備是真空乳化釜，管道式高剪切混合乳化器和機械式超聲波乳化器的結合。
下面說明本發明的技術解決方案。將標準配方中的樹脂(基料)溶解在溶劑中，形成基料分散體(漆料)。將部分基料分散體置入真空乳化釜內，在真空中，在高剪切乳化頭的作用下與預先置入的一種顏料A混合。混合後再將標準配方中需要加入的其它顏料B，C，…(A，B，C…依照研磨的難易程度由難至易排列)依次加入，先加難研磨的，再加易研磨的。每次加顏料的間隔時間以上次加的顏料被基本溼潤為標準，而不必待上一種顏料充分研磨分散後才加後一種顏料。當顏料全部混合後，加入基本配方中其餘的漆料，攪拌，開動釜外設置的管道式高剪切混合乳化器和機械式超聲波均質器，從釜內通過管道出來的物料被這兩種機器研磨和細化，再通過冷卻作用回到釜內，完成一個循環。經一定時間的研磨，直至達到規定的研磨細度，成為色漆，過濾後既為塗料成品。
其思路一是採用分步加入顏料的方法，可以使不同顏料之間的相互影響減小到最小；二是抽真空，乳化頭適應的工作介質粘度可以比常壓下大10倍，顏料粒子周圍包裹了厚厚的基體料，早早成為分離的粒子，避免前面和後面加入顏料的接觸效應；三是採用多種研磨設備串聯起來，縮短研磨時間，減小不同顏料之間的負面影響。
由於乳化頭的轉子轉速高達數千轉/分，物料受劇烈剪切而發熱升溫，需要冷卻；物料從管道式高剪切乳化機出來後被壓入冷卻塔冷卻，隨後經過管道進入釜內，完成一個循環。釜還通過管道和一個抽氣泵(真空泵)相連，保持釜內氣壓為負值，隨著釜內真空度的提高，乳化頭能適應的物料粘度也相應提高。釜內產生的大量氣泡在負壓作用下破裂，有利於生產的進行，同時負壓使顏料吸附的空氣和其它雜質更容易被漆料置換，加速潤溼過程的進行。
釜的底部連有一根管道，液體物料從料鬥由此加入；釜的頂部連有一根管道，粉狀顏料從料鬥由此加入；釜還和一根管道相連，從料鬥中隨時加入添加劑(助劑)。由於釜內保持負壓，液體和粉體物料加入非常方便，利於連續生產。釜和外殼之間有間隙，間隙內充滿了流動的水，相當於釜總個地泡在水浴中，保持了釜內溫度的基本穩定。
本發明的方法可使單臺(套)設備直接生產出塗料成品，塗料生產時間縮短一半以上，顏料細度可達13μm以下，原來用球磨機要4個小時4個循環的過程現在只要1個小時，各種研磨分散設備技術指標見表1序號1-6。生產中可少加消泡劑，消除了過多消泡劑的負面作用，提高了質量，降低了原料消耗。如果控制原料中的不溶雜質，可以省去過濾操作和過濾設備。兩套以上的這種設備(可以不同型號和規格)可以用管道連接成塗料成品連續生產成套設備，用分色軋漿，色漿調漆的方法大批量生產顏料成品。
下面根據附圖進一步說明本發明方法和設備。


圖1是本發明塗料生產設備示意圖。
實施例稱取塗料標準配方的樹脂(基料)和溶劑，在一個容器中將樹脂溶解在溶劑中，形成基料分散體，即漆料，待用。稱取塗料標準配方中的顏料，將各種顏料根據其研磨的難易程度由難至易排列成A，B，C…，待用。從漆料中取出一部分做研磨漆料用，研磨漆料的量根據經驗或計算應使和所有顏料相混合後粘度為50-150pa.s。
圖1，釜19置於罐身20內，釜和罐身之間有間隙，間隙接一根進水管7進水，另接一根出水管23出水，出來的水經過管子進入冷卻塔21，並從冷卻塔下部流出。罐蓋29和罐身20通過固定連接組成罐體。電機2機械固定在罐蓋上，乳化頭16的轉子軸直接和電機2的轉軸機械聯接。電機1經過減速經蝸杆蝸輪傳遞帶動轉臂5和刮板6轉動。罐體內空間通過罐蓋29上的管道與低壓罐10連通，再與真空泵9聯接。釜的底部引出一根管子穿過罐身底部聯接到一個管道式高剪切混合乳化器17的進料口，再從該乳化器的出料口用管道聯接到一個機械式超聲波均質器，然後管道從該均質器出來聯結到冷卻塔，從冷卻塔出來由管道聯接到罐蓋進入罐內。加料鬥3、28經由管道通過罐蓋與罐體連通，加料罐12穿過罐身底部和釜底與釜連通。乳化頭16和轉臂5的轉軸和罐蓋之間採取較好機械密封，在所有閥門關閉時，啟動真空泵9能使罐內氣壓達到0.07Mpa——這可以通過提高傳動軸和罐蓋的密封度來達到，也可以通過選擇更大功率的真空泵來達到。罐內的氣壓可通過氣壓表8讀出。
生產時，首先關閉所有的閘閥4，11，13，14，15，24，25，26，27，接通真空泵的電源，抽空氣使罐內保持負壓。開動冷卻循環系統，使釜和外殼之間的間隙充滿冷卻水，冷卻水管的水保持流動。顏料A從加料鬥28加入，打開閘閥27，顏料在負壓下吸入釜內，然後關閉。打開閘閥14，往料鬥12加研磨漆料，漆料在重力和負壓作用下從底部進入釜內，同時將顏料A內的氣體排出。關閉閘閥14，接通電機1，電機2的電源，電機2帶動乳化頭的轉子高速旋轉，對物料進行強烈剪切粉碎作用。同時電機1帶動轉臂5低速轉動，使轉臂上的刮削板6刮削釜的側壁，避免積料死料。待釜內物料基本混合後再繼續往釜內加顏料B，顏料C…直至最後一種顏料，每種顏料添加的時間間隔1-5分鐘均可。添加劑可由加料鬥3加入。待最後一種顏料加入並混合後，加入基本配方中的其餘漆料繼續攪拌，幾分鐘後打開閘閥15，25，接通管道式高剪切混合乳化器17的電源，接通機械式超聲波均質器18的電源，釜內物料從底部經管道進入管道式高剪切混合乳化器受到強烈剪切和粉碎後，再經超聲波均質器細化後，被泵入冷卻塔21中冷卻並回到釜內，完成一個循環。物料經規定時間的分散後便可出料。調節電機2的速度逐漸減小，打開閥門24，關閉閥門25，即可將生產好的色漆泵入料罐22中，完成出料過程。重複以上操作即可進行下一次作業。
作業完成後只須關掉真空泵，往各加料口加入溶劑，同時啟動攪拌電機1，乳化頭電機2，高剪切混合乳化器17及關閉和開啟相應的閘閥即可完成清洗，轉而生產另外一種顏色的塗料。表1中序號7就是真空乳化釜(功率1.1KW，乳化頭轉速2880轉/分，容積50升，真空度0.08Mpa)研磨金紅石型鈦白粉體和碳黑粉體的生產(實驗)數據。序號8是序號7基礎上接一個管道式高剪切混合乳化器所測數據。
超聲波均質器產生的超聲波不僅能阻止分離的粒子附聚，而且能使附聚的粒子團打開成原始粒子，縮短研磨分散時間，提高複色製漿的質量，表1中序號9是序號8的基礎上再接一個機械式超聲波均質器所測細度。
本發明也可以用來先生產單色料，再用幾種單色料配成色漆，而且很容易實現連續生產；每種單色料使用一種圖1所示單機，從若干個單機上出來的單色料通過管道連到另個單機(該單機容積可大些)進行混合即成為色漆。
本發明由於物料中的溶劑在真空環境下易揮發，比較適宜生產水基塗料。
表權利要求
1.一種生產塗料的方法，將多種粒度為15-45.5μm的顏料研磨分散在漆料中形成粒度15μm以下的顏料分散體，再用漆料稀釋成色漆，其特徵是塗料基本配方中的顏料根據其研磨性的難易程度排列為A、B、C…，按基本配方配製的漆料的一部分在真空乳化釜內先與A混合，再與B、C…依次混合，每種顏料加入須間隔一定的時間，以使上一種顏料能與漆料基本混合；加入最後一種顏料與漆料混合後的粘度為10pa.s-250pa.s；然後加入基本配方中的其餘的漆料混合調稀至10pa.s以下，再經管道式高剪切混合乳化器和超聲波均質器或僅用前者，使顏料顆粒研磨細化成為色漆。
2.一種塗料生產設備，主要由真空乳化釜、管道式高剪切混合乳化機以及將它們聯接的管道組成，其特徵是從乳化釜的底部接一根管道，將管道式高剪切混合乳化器按進料口、出料口順序相連，並回到真空乳化釜內。
3.根據權利要求1所述塗料生產的方法，其特徵在於顏料A，B，C…中的任一種可以是單色顏料，也可以是多種研磨性接近的單色顏料的混合物。
4.根據權利要求1，權利要求3所述塗料生產方法，其特徵在於所加顏料可以是多種，也可以是一種。
5.根據權利要求1，權利要求3所述塗料生產的方法，其特徵在於最後一種顏料與漆料混合後的最終粘度優選值為50-150pa.s。
6.根據權利要求2所述塗料生產的設備，在管道式高剪切混合乳化機和冷卻塔之間或冷卻塔和真空乳化釜之間還聯接有一個超聲波均質器。
全文摘要
本發明塗料生產的方法及設備,其特徵是;塗料基本配方中的顏料根據其研磨性的難易程度排列為A、B、C…,基本配方中的部分漆料在真空乳化釜內先與A混合,再與B、C…依次混合,每加入一種顏料間隔一定的時間,最後一種顏料混合後的粘度為10pa.s—250pa.s;然後用其餘的漆料混合調稀至10pa.s以下,再經管道式高剪切混合乳化器,使顏料研磨細化成為色漆。其設備由真空乳化釜1、高剪切混合乳化機2和冷卻塔3組成。
文檔編號C09D7/00GK1380365SQ0110596
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月12日 優先權日2001年4月12日
發明者陸忠義 申請人:上海威宇機電製造有限公司