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高剪切分散机在纳米涂料生产工艺中的应用

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 点击:
纳米作为目前一种新型的环保涂料,已引起涂料行业的高度重视,成为装饰行业新时尚。

纳米涂料主要是通过在涂料中添加纳米氧化物来改变传统涂料的特性和不足之处。如在水性体系的建筑涂料原配方基础之上,添加总重量份的3‰左右的纳米氧化硅,其干燥时间由原来的2小时缩短到小于1小时;耐洗刷性能由1000次(外墙涂料)和100次(内墙涂料)提高到10000次以上;人工加速老化试验由240小时的一级变色、二级粉化提高到450小时无任何变化,650小时发生轻微变色,色差4.8。此外,由于纳米材料奇异的理、化特性,使得改性涂料一些无须测试的技术指标诸如涂层与基体之间的接合强度、涂膜的表面硬度、涂膜的自洁能力等也获得了显著提高。其应用功效主要取决于纳米粉体材料在基体材料中的分散度。

分散的必要性

众所周知纳米氧化物极易产生自身的团聚,使得应有的性能难以充分发挥。此外,纳米氧化物的诸多奇异性能能否得到充分发挥,还取决于最大限度降低粉体与介质间的表面张力。因此,纳米氧化物粉体必须均匀分散,充分打开其团聚体,才能发挥其应有的奇异性能。

分散方式

涂料中粉体(含纳米材料)的分散主要是靠剪切力的作用。纳米材料在涂料体系中的分散,一般是采用下述分散方法来达到分散效果。

研磨分散:利用三辊机或多辊机的辊与辊速度的不同,将研磨料投入加料辊(后辊)和中辊之间的加料沟,二辊以不同速度内向旋转,部分研磨料进入加料缝并受到强大的剪切作用,通过加料缝,研磨料被分为两部分,一部分附加在加料辊上回到加料沟,另一部分由中辊带到中辊和前辊之间的刮漆缝,在此又一次受到更强大的剪切力作用。经过刮漆缝,研磨料又分成两部分,一部分由前辊带到刮刀处,落入刮漆盘,另一部分再回到加料沟,如此经几次循环,可达到分散的目的。但用三辊机或多辊机进行处理效率低,能耗高,满足不了大生产的需求。

◆ 球磨分散: 通过球磨机中磨球之间及磨球与缸体间相互滚撞作用,使接触钢球的粉体粒子被撞碎或磨碎,同时使混合物在球的空隙内受到高度湍动混合作用而被均匀地分散。

◆ 砂磨分散: 砂磨是球磨的外延。只不过研磨介质是用微细的珠或砂。砂磨机可连续进料,纳米粉体的预混合浆通过圆筒时,在筒中受到激烈搅拌的砂粒所给予的猛烈的撞击和剪切作用,使得纳米氧化物能很好地分散在涂料中,分散后的浆离开砂粒研磨区通过出口筛,溢流排出,出口筛可挡住砂粒,并使其回到筒中。通过球磨机和砂磨机分散能取得较好的分散效果及物料细度,但球磨机和砂磨机同样无法避免处理效率低,能耗高的缺点。

◆ 高剪切分散机: 高剪切分散机的核心部件是定子/转子结构,转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来强劲的动能,使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械剪切、液力剪切、离心挤压、液层磨擦、撞击撕裂和湍流等综合作用,使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺的条件下,瞬间均匀精细地分散,经过高频的循环往复,最终得到稳定的高品质产品。与三辊机、球磨机、砂磨机相比,高剪切分散机具有效率高、能耗低等显著优点,是分散工艺的首选。

高剪切分散机工作原理

FLUKO高剪切分散设备目前已在纳米研究、生化制药、新材料、新能源等现代高科技领域得到广泛应用。高剪切分散机的工作原理如下:

◆ 在高速旋转的转子产生的离心力作用下,物料从工作头的上下进料区,同时从轴向吸入工作腔。
◆ 强劲的离心力将物料从径向甩入定、转子之间狭窄精密的间隙中,同时受到离心挤压、液层摩擦、液力撞击等综合作用力,物料被初步分散。
◆ 高速旋转的转子产生至少15m/s以上的线速度,物料在强烈的液力剪切、液层磨擦、撕裂碰撞等作用下被充分分散破碎,同时通过定子槽高速射出。
◆ 物料不断地从径向高速射出,在物料本身和容器壁的阻力下改变流向,与此同时在转子区产生的上、下轴向抽吸力的作用下,又形成上、下两股强烈的翻动紊流。物料经过数次循环,最终完成分散过程。

高剪切分散机特点

高剪切分散机与传统的搅拌混合设备相比具有以下优点:

◆ 处理量大,适合工业化连续生产
◆ 粒径分布范围窄,匀度高
◆ 省时、高效、节约能耗
◆ 噪音低,运转平稳
◆ 无死角,物料100%通过分散剪切
◆ 设计新颖,操作简单,维修方便
◆ 可实现自动化控制

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