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宁波市涂料与涂装行业协会

Ningbo Coating and Painting Industry Association


   
环保水性涂料的高效分散技术与装备
来源: | 作者:nbtltz | 发布时间: 2019-06-04 | 16 次浏览 | 分享到:
涂料实际上是近代工业发展的产物,但是却有着悠久的发展历程。伴随着高分子材料的出现,人们日常生活及工业发展都发生了显著转变。在精细化学产品引领之下,原有油漆品质得到了显著提升。近几年,涂料销售数量在化学工业产值已经超过5%,并且呈现稳定增长态势,这也就说明涂料在国民经济发展建设中的重要作用。

1 涂料组成及类别

1.1 成膜物
成膜物主要由两部分构成,分别为高分子材料及油脂,是涂料覆盖涂物表面的重要组成部分。成膜物作为涂料组成基础,自身物理性能及化学性能对涂料具有直接性影响。涂料底漆必须具有良好依附性及防锈性,这样才可以和面漆紧密结合;面漆需要具有良好的绝缘性及装饰性。按照经济因素及实际要求,应该首先对成膜物进行选择,进而再对其他组成成分进行分析。

1.2 分散稀释剂
正常情况下,成膜物质黏度都相对较大,属于高分子聚合物。有机溶剂作为分散介质,具有协调涂料黏度,让成膜物分散成为液体的作用,保证涂料可以直接施工应用。涂料施工及成膜完毕之后,有机溶剂将会挥发到大气内,成膜物质将会在物体表面形成保护膜。涂料内挥发物主要为水和有机溶剂,但是有机溶剂在挥发之后会造成环境污染,应该对使用数量进行严格控制。

1.3 颜料及填料
颜料及填料,在实际应用过程中无法单独成膜,需要借助有关手段将其和成膜物质相融合,在涂料固化之后成膜。换言之,涂膜在颜料及涂料中的应用,充当辅助物质作用。
颜料可以为涂料提供各种各样的颜色,具有良好的装饰效果。除此之外,颜料在提升物料膜抗酸碱、抗化学性能上也具有良好的作用。填料,也被称之为体质颜料,虽然着色效果并不明显,但是可以有效提升涂料性能,并且降低涂料生产成本。

2 环保水性涂料分散技术与装备

2.1 颜料及填料分散机理
涂料具有多种类别,但是生产原理基本相同。整体来说,涂料都属于颜料、溶剂、漆料混合之后的体系,在涂布作用之下,均匀涂抹在物体表面,固化之后形成薄膜。虽然说起来相对简单,但是实际上并不容易。色漆属于粘稠性漆料,主要由溶剂和助剂构成,整个体系包含多种相界面,不同成分始终处于相互作用状态下,进而该体系稳定性较低,非常容易出现相界面分离问题。但是色漆生产需要在相对稳定状态下,一旦出现分离问题,色漆粘稠性就会受到显著影响,这种涂料在施工之后所取得的效果也并不理想。因此,色漆不仅仅是不同组成物的简单搅拌,而是应该借助有效分散手段,分散到漆料结构内。
从广义层面来说,固体物质分布在液体或者是气体状态中,被称之为分散。对于涂料来说,分散主要表示颜料均匀分布在树脂溶液中,并且处于相对稳定体系下。颜料在涂料内分散相对繁琐,基本上可以划分为三个阶段,分别为湿润阶段、解聚阶段与稳定化阶段。

2.1.1 湿润阶段
颜料颗粒表面在涂料生产内应用,最表层一定会接触水分及空气,不同颗粒之间缝隙也都会被空气填满。颜料想要均匀分散到漆料中,前提条件就是需要应用漆料替代水分及空气,同时,在颜料颗粒表面构成包覆膜。漆料替代水分及空气同时在颜料表面形成包覆膜的过程,就是颜料湿润阶段。

2.1.2 解聚阶段
颜料在漆料中分散,漆料仅仅和颜料颗粒表面接触是远远不够的,主要原因是由于颜料无法处在稳定分散状态下。所以,这就需要施加外力,对颜料颗粒进行分解,将其体积都变为原级颗粒,增加颜料颗粒和涂料基础面积。借助外力施加,让颜料恢复到原级颗粒的过程,被称之为解聚阶段。

2.1.3 稳定化阶段
颜料想要在漆料体系内稳定分布,主要借助两种机理实现,这两种机理分别为空间位阻稳定作用及电荷稳定作用。正常情况下,在水溶液环境下,颜料颗粒介电常数相对较高,电荷所具备的稳定作用十分显著。
颜料颗粒正负离子在吸附之后,会逐渐向相反溶液转移,进而在溶液表面形成带电粒子薄膜。粒子表面在聚集相反粒子电荷情况下,就会构成双电荷层,这种粒子分布也被称之为平衡粒子。双电荷层伴随着溶液深度的增加,数量不断下降。两个粒子在相互接触过程中,并不出现电荷排斥,必然会造成颜料颗粒电荷重新分布,增加粒子之间斥力,分散体系就可以处于稳定状态,这个阶段也被称之为稳定化阶段。

2.2 环保水性涂料分散装备

2.2.1 高速分散机
高速分散机,是涂料众多分散装备中结构最为简单的一种。在运行过程中和砂磨机相结合充当颜料预混合装备,在部分情况下,高速分散机也可以成为单独颜料分散装备。高速分散机中最为关键的零件为分散叶轮,分散叶轮边缘呈现弯曲齿状,倾斜角度大约在30°左右,每一个齿面在运行中都会产生冲击力。实际上,物料从齿面内部向边缘运动,这就属于剪切作用。漆料往返于齿面及边缘,处于加速及减速状态下,黏度也就会逐渐下降。
高速分散机优势为:结构简单,实际操作及后期养护便捷,生产效率较高,伴随着高速分散机装备类别不断增加,进而应用范围越加广泛。

2.2.2 砂磨机
砂磨机产生于上世纪50年代后期,首次在我国应用是上世纪60年代。砂磨机自身体积相对较小,可以连续开展分散操作,运行效率较高,进而得到了广泛应用,同时,逐渐替代了球磨机在涂料生作用。
砂磨机主要由五部分构成,分别为研磨筒体、分散盘组件、电机、机架及主轴。

3 结语
环保水性涂料在应用中,并不会对生态系统造成污染,具有良好的发展前景,在涂料行业内占比不断提升。但是环保水性涂料在实际生产时,颜料分散依旧采取传统分散技术及装备,生产效率相对低下。本文对环保水性涂料分散技术与装备进行了分析研究,了解了不同分散技术及装备应用优势,希望能够对环保水性涂料中颜料分散,提供优质技术及装备保证。


(来源:中国航发北京航空材料研究院  王刚)
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