涂料生产工艺

1第十六章涂料生产设备与工艺第一节概述第二节生产设备第三节工艺过程第四节质量检验与性能测试2第一节概述从本质上来讲，涂料生产的过程就是把颜料固体粒子通过外力进行破碎并分散在树脂溶液或者乳液中，使之形成一个均匀微细的悬浮分散体。其生产过程通常采用四个步骤。（1）预分散将颜料在一定设备中先与部分漆料混合，以制得属于颜料色浆半成品的拌合色浆，同时利于后续研磨；（2）研磨分散将预分散后的拌合色浆通过研磨分散设备进行充分分散，得到颜料色浆；（3）调漆向研磨的颜料色浆加入余下的基料、其他助剂及溶剂，必要时进行调色，达到色漆质量要求；（4）净化包装通过过滤设备除去各种杂质和大颗粒，包装制得成品涂料。涂料生产的主要设备有分散设备、研磨设备、调漆设备、过滤设备、输送设备等。返回3第二节生产设备一、分散设备预分散是涂料生产的第一道工序，通过预分散，颜、填料混合均匀，同时使基料取代部分颜料表面所吸附的空气使颜料得到部分湿润，在机械力作用下颜料得到初步粉碎。在色漆生产中，这道工序是研磨分散的配套工序，过去色漆的研磨分散设备以辊磨机为主，与其配套的是各种类型的搅浆机，近年来，研磨分散设备以砂磨机为主流，与其配套的也改用高速分散机，它是目前使用最广泛的预分散设备。高速分散机由机体、搅拌轴、分散盘、分散缸等组成，主要配合砂磨机对颜、填料进行预分散用，对于易分散颜料或分散细度要求不高的涂料也可以直接作为研磨分散设备使用，同时也可用作调漆设备。高速分散机的关健部件是锯齿圆盘式叶轮，它由高速旋转的搅拌轴带动，搅拌轴可以根据需要进行升降。工作时叶轮的高速旋转使漆浆呈现滚动的环流，并产生一个很大的旋涡，位于顶部表面的颜料粒子，很快呈螺旋状下降到旋涡的底部，在叶轮边缘2.5-5cm处，形成一个湍流区。在湍流区，颜料的粒子受到较强的剪切和冲击作用，很快分散到漆浆中。在湍流区外，形成上、下两个流束，使漆浆得到充分和循环和翻动。同时，由于粘度剪切力的作用，使颜料团粒得以分散。4圆盘式叶轮高速分散机中液流情况高速分散机具有以下优点（1）结构简单、使用成本低、操作方便、维护和保养容易；（2）应用范围广，配料、分散、调漆等作业均可使用，对于易分散颜料和制造细度要求不高的涂料，可以混合、分散、调漆可直接制成产品；（3）效率高，可以一台高速分散机配合数台研磨设备开展工作；（4）结构简单，清洗方便。但其剪切力底，从而分散能力较差，不能分散紧密的颜料，对高粘度漆浆不适用。高速分散机工作时漆浆的粘度要适中，太稀则分散效果差，流动性差也不合适。合适的漆料粘度范围通常为0.1-0.4pa·s。5近几年来高速分散机又开发了一些新的品种，如双轴双叶轮高速分散机，它能产生强烈的汽蚀作用，具有很好的分散能力，同时产生的旋涡较浅，漆浆罐的装量系数也可提高；双轴高速分散机的双轴可在一定范围内作上下移动，有利于漆浆罐内物料的轴向混合；双轴高低速搅拌机适用高粘度物料拌合，如用于生产硝基铅笔漆、醇酸腻子等。在各种研磨分散设备中，三辊机和五辊机是加工粘稠漆浆的，与之配套的预分散设备通常是搅浆机，常用的有立式换罐式混合机、转桶式搅浆机和行星搅拌机二、研磨设备研磨分散设备是色漆生产的主要设备，其基本型式可分为两类，一类带自由运动的研磨介质（或称分散介质），另一类不带研磨介质，依靠抹研力进行研磨分散。常用研磨分散设备有砂磨机、辊磨、高速分散机等，砂磨机分散效率高，使用于中、底粘度漆浆，辊磨可用于粘度很高的甚至成膏状物料的生产。67砂磨机、球磨机依靠研磨介质在冲击和相互滚动时产生的冲击力和剪切力进行研磨分散，由于效率高、操作简便，成为当前最主要的研磨分散设备。砂磨机由电动机、传动装置、简体、分散轴、分散盘、平衡轮等组成，分散轴上安装数个分散盘，简体中盛有适量的玻璃珠、氧化锆珠、石英砂等研磨介质。经预分散的漆浆用送料泵从底部输入，电动机带动分散轴高速旋转，研磨介质随着分散盘运动，抛向砂磨机的简壁，又被弹回，漆浆受到研磨介质的冲击和剪切得到分散。砂磨机主要立式砂磨机和卧式砂磨机两大类。立式砂磨机研磨分散介质容易沉底，卧式砂磨机研磨分散介质在轴向分布均匀，避免了此问题。砂磨机具有生产效率高、分散细度好、操作简便、结构简单，便于维护等特点，因此成为了研磨分散的主要设备，但是进入砂磨机必须要有高速分散机配合使用，而且深色和浅色漆浆互相换色生产时，较难清洗干净，目前主要用于低粘度的漆浆。球磨机机体内装有钢球，鹅卵石或瓷球等研磨介质，运转时，圆筒中的球被向上提起，然后落下，球体间相互撞击或摩擦使颜料团粒受到冲击和强剪切作用，分散到漆料中。球磨机无需预混作业，完全密闭操作，适用于高挥发分漆及毒性大的漆浆的分散，而且操作简单、运行安全，但其效率低，变换颜色困难，漆浆不易放净；不适宜加工过于粘稠的漆浆。辊磨利用转速不同的辊筒间生产的剪切作用进行研磨分散，能加工粘度很高的漆浆，适宜于难分散漆浆，换色时清洗容易，以三辊磨使用最普遍。8三、过滤设备在色漆制造过程中，仍有可能混入杂质，如在加入颜、填料时，可能会带入一些机械杂质，用砂磨分散时，漆浆会混入碎的研磨介质（如玻璃珠），此外还有未得到充分研磨的颜料颗粒。用于色漆过滤的常用设备有罗筛、振动筛、袋式过滤器、管式过滤器和自清洗过滤机等，一般根据色漆的细度要求和产量大小选用适当的过滤设备。（1）袋式过滤器袋式过滤器由一细长筒体内装有一个活动的金属网袋，内套以尼龙丝绢、无纺布或多孔纤维织物制作的滤袋，接口处用耐溶剂的橡胶密封圈进行密封，压紧盖时，可同时使密封面达到密封，因而在清理滤渣，更换滤袋时十分方便。过滤器的材质有所不锈钢和碳钢两种。为了便于用户使用，制造厂常将过滤器与配套的泵用管路连接好，装在移动式推车上，除单台过滤机外、还有双联过滤机，可一台使用，另一台进行清查。这种过滤器的优点是适用范围广，既可过滤色漆，也可过滤漆料和清漆，适用的粘度范围也很大。选用不同的滤袋可以调节过滤细度的范围，结构简单、紧凑、体积小、密闭操作；操作方便。缺点是滤袋价格较高，虽然清洗后尚可使用，但清洗也较麻烦。9（2）管式过滤器管式过滤器也是一种滤芯过滤器。待过滤的油漆从外层进入，过滤后的油漆从滤芯中间排出。它的优点是：滤芯强度高，拆装方便，可承受压力较高，用于要求高的色漆过滤。但滤芯价格较高，效率底。涂料生产过程中，原料、半成品，成品往往需要运输，这就需要用到输送设备，输送不同的物料需要不同的输送设备。常用的输送设备有：液料输送泵，如隔膜泵、内齿轮泵和螺杆泵，螺旋输送机，粉料输送泵等。返回10第三节工艺过程一、基本工艺（1）清漆生产工艺清漆生产中，由于不涉及颜、填料分散，工艺相对比较简单，包括树脂溶解、调漆（主要是调节粘度、加入助剂）、过滤、包装。（2）色漆生产工艺色漆生产工艺是指将颜、填料均匀分散在基料中加工成色漆成品的物料传递或转化过程，核心是颜、填料的分散和研磨，一般包括混合、分散、研磨、过滤、包装等工序。通常依据产品种类、原材料特点及其加工特点的不同，首先选用适宜的研磨分散设备，确定基本工艺模式，再根据多方面的综合考虑，选用其它工艺手段，制订生产工艺过程。通常色漆生产工艺流程是以色漆产品或研磨漆浆的流动状态，颜料在漆料中的分散性、漆料对颜料的湿润性及对产品的加工精度要求这四个方面的考虑为依据，结合其它因素如溶剂毒性等首先选定过程中所使用的研磨分散设备，从而确定工艺过程的基本模式。11砂磨机对于颗粒细小而又易分散的合成颜料、粗颗粒或微粉化的天然颜料和填料等易流动的漆浆，生产能力高、分散精度好、能耗低、噪音小、溶剂挥发少、结构简单、便于维护、能连续生产，是加工此类涂料的优选设备，在多种类型的磁漆和底漆生产中获得了广泛的应用。但是，它不适用于生产膏状或厚浆型的悬浮散体，用于加工炭黑等分散困难的合成颜料时生产效率低，用于生产磨蚀性颜料时则易于磨损，此外换色时清洗比较困难，适合大批量生产。球磨机同样也适用于分散易流动的悬浮分散体系，适用于分散任何品种的颜料，对于分散粗颗粒的颜料、填料、磨蚀性颜料和细颗粒又难分散的合成颜料有着突出的效果。卧式球磨机由于密闭操作，故适用于要求防止溶剂挥发及含毒物的产品。由于其研磨精度差，且清色换色困难，故不适于加工高精度的漆浆及经常调换花色品种的场合。三辊机由于开放操作，溶剂挥发损失大，对人体危害性强，而且生产能力较低，结构较复杂，手工操作劳动强度大，故应用范围受到一定限制。但是它适用于高粘度漆浆和厚浆型产品，因而被广泛用于厚漆、腻子及部分厚浆美术漆生产。对于某些贵重颜料，三辊机中不等速运转的两辊间能生产巨大的剪切力，导致高固体含量的漆料对颜料润湿充分，有利于获得较好的产品质量，因而被用于生产高质量的面漆。三辊机清洗换色比较方便，也常和砂磨机配合应用，用于制造复色磁漆的少量调色浆。12确定研磨分散设备的类型是决定色漆生产工艺过程的前提和关键。研磨分散设备不同，工艺过程也随之变化。以砂磨机分散工艺为例，一般需要使用高速分散机进行研磨漆浆的预混合，使颜、填料混合均匀并初步分散以后再以砂磨机研磨分散，待细度达到要求后，输送到调漆罐中进行调色制得成品，最后经过滤净化后包装，入库完成全部工艺过程。由于砂磨机研磨漆浆粘度较低，易于流动，大批量生产时可以机械泵为动力，通过管道进行输送；小批量多品种生产也可使用移动调漆罐的方式进行漆浆的转移。球磨机工艺的配料、预混合与研磨分散则在球磨筒体内一并进行，研磨漆浆可用管道输送和活动容器运送两种方式输入调漆罐调漆，再经过滤包装入库等环节完成工艺过程。三辊机分散因漆浆较稠，故一般用换罐式搅拌机混合，以活动容器运送的方式实现漆浆的传送，往往与单辊机串联使用进行工艺组合。色漆的生产工艺一般分为砂磨机工艺、球磨机工艺、三辊机工艺和轧片工艺，核心在于分散手段不同。13以砂磨机工艺为例，包括以下工序：①备料，即将色漆生产所需的各种原材料送至车间；②配料预混合，按工艺配方规定的数量将漆料和溶剂分别经机械泵输送并计量后加入配料预混合罐中，开动高速分散机将其混合均匀，然后在搅拌下逐渐加入配方量的颜、填料，加完后提高高速分散机的转速，以充分湿润和预分散颜料，制得待分散的漆浆；③研磨分散，将待分散的漆浆用泵输入砂磨机进行分散，至细度合格后输入调漆罐中或者中间贮罐；④调色制漆，将分散好的漆浆输入到调漆罐中，在搅拌下，将调色漆浆逐渐加入其中，以调整颜色，补加配方中基料及助剂，并加入溶剂调整粘度；⑤过滤包装经检验合格的色漆成品，经过滤器净化后，计量、包装、入库。三、乳胶漆生产工艺乳胶漆是颜料的水分散体和聚合物的水分散体（乳液）的混合物，这二者本身都已含有多种表面活性剂，为了获得良好的施工和成膜性质，又添加了许多表面活性剂。这些表面活性剂除了化学键合或化学吸附外，都在动态地作吸附/脱吸附平衡，而表面活性剂间又有相互作用，如使用不当，有可能导致分散体稳定性的破坏。14因此，在颜料和聚合物两种分散体进行混合时，投料次序就显得特别重要。典型的投料顺序如下：①水；②杀菌剂；③成膜溶剂；④增稠剂；⑤颜料分散剂；⑥消泡剂、润湿剂；⑦颜填料；⑧乳液；⑨pH调整剂；⑩其他助剂；⑾水和/或增稠剂溶液。操作步骤是：将水先放入高速搅拌机中，在低速下依次加入杀菌剂、成膜溶剂、增稠剂、颜料分散剂、消泡剂、润湿剂，混合均匀后，将颜、填料用缓缓加入叶轮搅起的旋涡中。加入颜填料后，调节叶轮与调漆桶底的距离，使旋涡成浅盆状，加完颜料后，提高叶轮转速，为防止温度上升过多，应停车冷却，停车时刮下桶边粘附的颜填料。随时测定刮片细度，当细度合格，即分散完毕。分散完毕后，在低速下逐渐加入乳液、PH调整剂，再加入其他助剂，然后用水和/或增稠剂溶液调整粘度，过筛出料。四、生产过程中应注意的问题（1）絮凝当用纯溶剂或高浓度的漆料调稀色浆时，容易发生絮凝；其原因在于调稀过程中，纯溶剂可从原色浆中提出树脂，使颜料保护层上的树脂部分为溶剂取代，稳定性下降，当用高浓度漆料调稀时，因为有溶剂提取过程，使原色中颜料浓度局部大增加，从而增加絮凝的可能。15（2）配料后漆浆增稠色漆生产中，会在配料后或砂磨分散过程遇到漆浆稠的现象。其原因，一是