為了取得既經濟又高效的分散方式, 色漆的生產過程通常釆用 4個步驟。
① 預分散 將顏料在帶有攪拌器的設備中先與部分漆料混合, 製得屬於半成品的拌和色漿, 簡稱拌和漿。
② 研磨分散 將拌和漿通過各種研磨設備進行分散, 得到顏料色漿 。
③ 調漆 在帶有攪拌器的調漆罐中, 向顏料色漿中加入餘下的漆料及其他助劑、 溶劑, 必要時進行調色以達到色漆質量要求 。
④淨化包裝 通過不同過濾設備除去機械雜質及粗粒, 然後包裝為成品 。
色漆的生產過去主要是間歇式, 現在已出現連續式生產。 適應連續生產的設備特別是研磨分散設備近年發展較快 。 色漆的生產工藝一般按所用研磨分散設備來劃分, 最常用的為砂磨分散工藝、 輥磨分散工藝和球磨分散工藝 。 色漆的生產通常按所生產品種形成專業生產線, 避免不同品種間的幹擾。
製造和使用顏料分散體有三個階段: ①預混合, 即將幹顏料拌入漆料中並消除結塊; ②施加足夠的剪切應力分離顏料聚集體; ③調稀成漆, 即將顏料分散體與配方中的剩餘組分混合而成漆 。
分散設備
預混合以混合為主, 並起到粗分散的作用。 過去色漆的研磨分散設備以輥磨機為主, 與其配套的預混合設備是各種類型的攪漿機。 近年來, 研磨分散設備以砂磨機為主, 與其配套的也改用高速分散機, 這是目前使用最廣的預分散設備。
升降後旋轉, 所以一臺高速分散機可配2~4個固定容器輪流使用 。 高速分散機的機身裝有液壓升降和迴轉裝置。 液壓升降裝置由齒輪油泵提供壓力使機頭上升, 下降時依靠自重, 下降速度由行程節流閥控制 。 迴轉裝置可使機頭迴轉360°。
高速分散機的關鍵部件是鋸齒圓盤式葉輪 。 葉輪的高速旋轉使攪拌槽內的漆漿呈現滾動的環流, 並產生很大的旋渦。 位於漆漿頂部的顏料粒子, 很快呈螺旋狀下降到旋渦的底部。 在葉輪邊緣2. 5~5cm處, 形成一個湍流區。 在這個區域中, 顏料粒子受到較強的剪切和衝擊作用, 使其很快分散到漆漿中。 在此區域之外, 形成上、 下兩個流束, 使漆漿得到充分的循環和翻動。如圖5-6所示。
在高速分散機操作的初始階段, 顏料還堆在漆料上面, 此時採用低速進行混合後, 再提高轉速, 葉輪的圓周速度
必須達到大約20m/s以上時,才能獲得令人滿意的分散效果。但轉速也不可過高,否則會造成漆漿飛濺和使圓盤葉輪過多暴露而混入空氣,增加功率消耗。一般葉輪的最高圓周速度約為25~30m/s。分散階段大約需15min。降低速度後投入剩下的配方組分而調稀成漆。在生產乳膠漆時,乳膠不能進入分散階段,因為大多數乳膠經受高剪切會膠凝,應在低速度調稀成漆階段加入。
為了使葉輪下部區域達到層流狀態,一方面不能過度提高葉輪的圓周速度,另一方面要適當提高漆漿的黏度,並降低葉輪的位置。要獲得以層流為主的流動,最低黏度一般在3Pa·s以上。黏度越高,施加在聚集體上的剪切應力越大,因而分散越快。該黏度應定在電動機的峰值功率上。
為了儘量提高效率,顏料用量應儘量提高。溶劑型塗料只要能分散穩定而不絮凝,所用的基料中樹脂含量越小越好。丹尼爾流動點可以用來估計樹脂/溶劑比,然後決定漆料與顏料之比在電動機的峰值電流強度下運轉,從而有一個高剪切速率下的合適黏度。對乳膠漆顏料的水中分散,常將水溶聚合物加入來提高分散時的黏度。
高速分散機在使用中離心力將物料推上槽邊。假使研磨料是牛頓流體,尺寸和操作條件適當,則整個物料均勻混合,並反覆地通過近盤邊的最高剪切區。但假使研磨料是剪切變稀的,槽邊上物料的上端因剪切低而黏度高,就在壁上粘住了,使混合不完全。有些研磨料含有使最終塗料剪切變稀的顏料,為解決粘壁問題,可將給出剪切變稀效果的顏料在分離完成後再慢慢地加入。減小粘壁問題的好方法是,在分散槽內有慢速的刮板沿著槽內壁上部轉動,同時高速盤在槽中央快速旋轉。
高速分散機與其他分散設備相比,投資和操作成本最低,不需另行預混合,調稀成漆可在同一槽內完成,換色清洗也比較方便,釆用加蓋的槽溶劑損耗低;主要缺點是施加在顏料聚集體上的剪切應力較低,所以只能用於容易分離的顏料。