颜料分散技术讲座

开林（江西）制漆

一、颜料的分散：
颜料在漆料中的分散过程是比较复杂的，但至少要经过三个过程，即湿润、解聚（分散）和稳定化。
提供色漆生产的颜料，在颜料生产中所形成的粒子是细微的，其粒径一般在5nm至1um之间，则能轻易地形成分散体系。
但是涂料厂投入生产用的颜料，大都以原级粒子，附聚体和聚集体的混合物所存在的。
原级粒子：是颜料在制造过程中所形成的单个晶体或缔合晶体，粒径是比较微细的。
附聚体：是原级粒子的边和角相连接，结合而成的，结构比较松散的，大的粒子团。
聚集体：是原级粒子间以双面相结合的，或晶面成长在一起的，结构比较紧密的、大的粒子团。
附聚体大多在颜料的泸饼干燥和随后的干磨中形成的。
聚集体是颜料制造过程中沉淀熟化阶段形成的。附聚体和聚集体合称为颜料的二次粒子。
1、颜料的湿润：
生产色漆用的颜料表面一般都吸附着一层空气和水分，颗粒间的空隙也被空气所填充，颜料在漆料中分散的首要前提是需要用漆料取代空气和水分，并在颜料暴露出的表面上形成一层新的包覆膜，这种用漆料取代空气和水分并在颜料表面形成包覆膜的过程，称作颜料湿润过程。
2、颜料的解聚（分散）：
在分散过程中，仅将这些二次粒子的表面用漆料湿润是不够的，因为这种大粒径、小表面积的颜料粒子团不能满足制漆的成膜要求和维持漆液稳定的分散状态。
因此，必须施以外加的机械力（主要是剪切力）将这些大颗粒解聚集，使其恢复或接近恢复到原级粒子的大小，以小颗粒大表面积的形式暴露在漆料中，并使其所有暴露出来的表面都被漆料所湿润。
这种借助外加机械力，将颜料的附聚体和聚集体恢复成或接近恢复成原级粒子的过程称做解聚过程或称做分散过程。
颜料在漆料中的解聚是色漆制造过程中主要的，消耗能量最大的工序。能使颜料解聚的外来机械力，一般是由我们通常使用的研磨分散设备，如砂磨机、球磨机、三辊机、高速分散机和二辊机等产生的。
为了造成作为分散介质的液体漆料对颜（填）料粒子表面的渗透条件，必须对颜（填）料的聚集体和附聚体施加能促使其破裂的外部机械力，将颜（填）料粒子进行解聚，使其更好地被液体漆料所湿润，这就需要研磨分散设备。
在研磨漆浆中，颜料粒子的解聚过程，不仅可以充分地令漆液湿润颜（填）料粒子表面，提高漆浆稳定性，而且随着颜料分散程度的提高，颜料的着色力、遮盖力都会相应提高，色漆涂膜的光泽及其它性能也得到改善。所以选用高效的研磨分散设备，可以极大地提高颜料在漆料中的分散程度，从而可以在提高漆浆稳定性的同时降低颜料用量，改善色漆和涂层的质量。
3、稳定化：
已被湿润和解聚的颜料颗粒继续分布到大量的漆料中去，使其有足够的漆料包覆在颜料粒子的周围，并将其彼此隔离开来，从而缩小颜料颗粒间的吸引力，避免了颜料颗粒间的相互接触，这种使每个业已被解聚集及湿润了的颜料颗粒被足够厚的、连续的、不挥发的成膜物质永久地分散开来，使分散体在无外加机械力的控制下，也不会出现颜料粒子再次聚结成大颗粒的过程，称做稳定化过程，得到稳定性的颜料分散体，才是色漆生产的最终目的。
因而，颜料在漆料中的分散是由湿润、解聚和稳定化这三个主要过程所组成。
但是，实际上这三个过程不是截然分开的，而是同时发生的和交替进行的。对于将颜料分散在漆料中所形成的分散体而言，三者的关系是：湿润是基础，解聚是为了更充分的湿润，而达到稳定化状态才是最终目的。
如果颜料在漆料中分散得不好，达不到相对稳定的状态，那么已被分散的颜料颗粒有可能又会重新接近而聚集成大颗粒，形成我们所讲的颜料絮凝体，颜料的絮凝过程是分散过程的逆过程。
颜料的絮凝体和聚集体及附聚体，虽然是由原级粒子聚结而成的大粒径粒子团，但是絮凝体和后者有着本质的不同，虽然它的表面仍被漆料所包覆，粒子间隙也被漆料所填充，而颜料的聚集体和附聚体的表面为空气和水分所包覆，其间隙也被空气所填充，但微絮凝状态，在涂料生产中还有其利用之处。
4、对于漆料充分湿润颜料的几点措施：
（1）
选用粒径小，表面经过处理的颜料；
（2）
降低漆料的表面张力；
（3）
使用低固体量的漆料；
（4）
使用湿润助剂来降低液体和固体间的界面张力；
（5）
使用分散助剂预处理的颜料；
（6）
漆浆在预混合中的自升温至50℃（高速）再静置过夜后投入研磨分散工序（含华兰者除外）。
5、如何降低漆料的表面张力：
（1）
选用低表面张力的溶剂；
（2）
降低漆料的粘度；
（3）
降低漆料的固体含量。
6、如何改善漆料与颜料的界面张力：
（1）
采用湿润剂或分散剂等涂料助剂；
（2）
选用经预处理过的湿润性好的颜料品种；
7、如何在操作中改善湿润条件的措施：
（1）
漆浆经预混合（高速搅拌或捏和机拌浆）并自升温至50℃；
（2）
将漆浆静置过夜，再经研磨（含华兰者除外）；
颜料在湿润的过程中粘性的液体漆料缓慢而持续地渗入堆积紧密的颜料间隙需要一定的时间，预混合好的研磨漆浆经静置过夜较之立即进行研磨分散自动深入的深度相差约38倍。
这就为将研磨漆浆预混合后并籍以机械搅拌下令漆料温度达到50℃后静置过夜，次日再进行研磨分散的操作方法，提供了一个合乎逻辑的理论，温度的提高，使漆料表面张力降低，更有利于湿润，漆浆静置过夜，提供了湿润所必须的时间，能起到节约能源而提高湿润的效力。

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二、湿润分散助剂的应用：
颜料在漆基中的湿润和分散是涂料制造中的重要过程，它对漆的质量有极大影响。湿润分散剂能缩短研磨分散时间，降低能源的消耗，保证涂料分散体系处于稳定状态，对涂料的诸多性能都起着决定性的作用。
颜料分散就是把二次粒子团的附聚体和聚集体研磨分碎成更细小的粒子或原始粒径，使其成为稳定的分散悬浮体。颜粒的湿润：是改变颜料表面性能的过程，是除掉颜料表面吸附的水和空气，改变其极性，降低液/固之间的界面张力，增加颜料和漆料的亲合力。湿润剂则是在此阶段发挥作用的助剂。湿润剂是能够提高颜料湿润分散效力的界面活性剂。它对颜料表面有极强的亲合力。能够定向吸附在颜料的表面，取代颜料表面的吸附物 ：如水和空气等。增强漆料与颜料的亲合力，缩短颜料在漆料中研磨分散时间。因为颜料的湿润过程实际上就是颜料表面的一种置换工程因此湿润剂应和颜料具有极强的亲合力。
颜料的分散过程，通过机械粉碎形成的颜料细小微粒与漆料形成均匀的悬浮体，在无外力作用下，能保持稳定的分散状态通常称其为分散阶段也称稳定阶段，分散剂就是在这个阶段发挥作用的助剂。
分散剂是能够提高涂料分散体系保持稳定的界面活性物质。添加在涂料中的分散剂能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面，构成吸附层，产生电荷斥力和空气位阻效应，防止分散了的颜料粒子再度形成有害的絮凝，可保持体系处于稳定的悬浮状态。一般来讲分散剂的分子量大的，可形成较厚的吸附层。分散剂若使用得当，不但能防止颜料沉淀，使涂料具有良好的储存稳定性，而且能改善流平性，防止颜料浮色发花，获得均一色彩的涂膜，提高颜料的着色力、遮盖力，增加涂膜的光泽，还能降低色浆的粘度，增加研磨色浆中颜料的含量，提高研磨效率，达到节省人力和能源的效果。
1、湿润分散剂的用量，助剂生产厂商一般都有介绍，但添加的范围与用量还应根据涂料的品种和要求作具体的决定。为此，首先应了解所选用树脂的特性，其次要掌握颜料表面的特性，尤其是酸碱性、比表面积的大小、形状等，来设定添加量，一般比表面积大的用量多一点，小则少一点。如用量不足，颜料表面空余点过多，易造成絮凝，会起反作用。如：比表面积小，用量过多，会在漆内形成胶束，会影响涂膜的抗水性。所以使用量一定要适宜，需反复多次试验筛选而定。
2、湿润分散剂的添加程序：
颜料的湿润分散剂一般是在配料时添加，使其在研磨分散中吸附在颜料表面，以达到预期的目的。若在非极性基料中使用难分散的颜料，最好先把助剂掺混在少量树脂溶液中，然后再与颜料混合浸泡，这样应用效果会更佳。

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三、研磨分散设备
色漆是颜料和填料分散在漆料中而形成的分散体。色漆的配方组成，由成膜物质、颜料、溶剂和助剂的特性及其相对用量，决定着漆液的性能及其漆膜的性能。但是色漆的生产工艺过程中所选用的设备，对颜料在漆料中的分散状态、最佳颜料性能（着色力、遮盖力、耐候性等）的利用程度，以及由此而导致的漆液和涂膜的性能，也起着同等重要的作用。因此，和精心设计色漆配方一样，正确的选择研磨分散设备及其工艺手段，形成 高效实用的色漆生产工艺，同样是保证产品质量的重要环节。并且在节省能源、降低消耗、提高生产效率方面有着更广泛的意义。
（一）高速分散机
1、结构与特点
高速分散机是涂料用研磨分散设备中结构最简单的一种，它可以和砂磨机配合使用作颜料的预混合设备，也可以单独为超细颜料的研磨分散设备。
高速分散机的工作原理是：电动机的转动经过无级变速后，带动主轴以一定的速度转动，主轴下端装有分散叶轮，叶轮的高速旋转对物料产生混合和分散作用。高速分散机的机头可借助油压升降并可绕立柱体呈270度或360度旋转，因此一个分散机可以配备3—4个预混合罐，交替进行分散作业。依安装方式不同高速分散机可分为A、B两种型式；A 型为落地式，适用于移动式容器；B型适用于台架式，适用于安装在楼板或操作平台上的固定容器使用（见图2）。
分散叶轮是高速分散机的关键性部件。图3为常见锯齿型叶轮，在叶轮的过边缘上交替弯出齿型 ，倾斜角为沿切线成20度—40度，每个齿的立缘面①可产生强冲击作用。齿外缘面②推动物体向外流动，形成循环与剪切力。实际上，齿附近的物料一部分向内减速滑过齿内缘面③，这就强化了剪切作用，漆料循环到齿附近，不断受到加速和减速，在粘度剪切下被分散，孔④可以形成气蚀以增加大颜料粒子的磨损作用，从轴到叶轮也应为连续面，否则会降低分散效率。
叶轮转速一般推荐为25m/s以上，分散膨胀型 漆料可低至15m/s。物体能否循环对良好分散作用极为重要。即使具有相同的线速度，小叶轮也比大叶轮效果差，原因是循环作用不完全，外部物料不能循环到分散区域，加大叶轮直径或改变叶轮型式，可改善物料循环状态。
叶轮直径与罐体直径和装料深度之间关系如图4所示，一般配料预混合时取下限，调漆时取上限。
高速分散机的优点是：结构简单、操作维护保养容易、使用灵活、预混合分散及调漆皆可使用、清洗方便、生产效率高，特别是随着新型高速分散机设备（如双轴双叶轮高速分散机、快慢轴高速分散机等）的出现，其应用范围日趋扩大。
2、湿润及解聚操作
高速分散机的分散能力取决于下述3点：①湿润颜料的能力；②解聚颜料大颗粒的能力；③循环漆料的能力。
这3种能力往往是互相关联而又彼此独立的。通常漆料处于湍流状态则湿润作用好。处于层流状态则分散作用好。因此，高速分散机的操作宜分两步进行，先湿润操作后分散操作。
（1）湿润操作
此时将叶轮主轴置于配料罐中央，叶轮高度及转速应调整到使漆料以轴为中心，形成旋涡为佳。物料旋涡适当时，应能看到叶轮中央约1/3部分，但不低于叶轮，也没有空气混入出现的爆鸣声。位于漆浆外缘的颜料颗粒应能陷于液流中，并且在沿罐周转满一周前下降至旋涡之中，否则会降低高速分散机的效率。
颜料在慢速搅拌下，逐渐加入旋涡中，因为低速加料有利于颜料与漆料的均匀混合并减少污染。注意不要加到轴上或罐壁上，一旦粘附于其上应暂停止搅拌，将其刮下，否则混合漆浆会含有粗颗粒。随着物料中颜料增加，漆浆稠度变大，这时应相应提高叶轮位置并增加转速。
（2）解聚操作
解聚阶段应使用高转速，即在加完颜料之后几分钟，当没有颜料粉末漂浮于漆浆表面时，将搅拌偏置罐中至罐壁之间，大约为1-2倍轴直径，以提高分散效率和消除死角。轴偏置虽然会使能耗加大，但分散效率可以提高25—50%轴偏置的另一个目的是防止漆料作粘滞的转圈运动，避免漆料循环不好、物料温升过高和混入空气。色漆漆浆分散叶轮的最佳转速大约为叶片周边线速度27m/s，漆料粘度100-400pa.s较适宜，加入颜料后，漆浆稠度可达3000-4000mpa.s，这种条件下工作有利于提高工作效率。
3、使用要点
为有利于高速分散机高效而正常地工作，需要注意以下几点：
①高速分散机的研磨漆浆组成
高速分散机用于颜料分散时，其运动中的研磨漆浆应呈层流状。研磨漆浆应是相当稠厚的（但仍可流动的），理想的流体状态是稍呈膨胀型流动。这种高粘稠度漆浆的配制可以采取高粘度漆料，也可以采用高颜料含量，或二者兼顾。从经济和研磨效力两方面考虑，应采纳高颜料含量比较适宜。
②高速分散机中颜料的分散是在层流状态下进行的，盲目地一昧提高转速以期获得高效率，只会适得其反。因此在实践中选用适用于不同漆浆组成的高速分散机，改善配方以适应高速分散机的性能，发挥其效率是提高生产效率的方向。
③高速分散机的分散时间不宜过长，一般约15分钟即可达到目的，继续运转使操作在高温、低粘度、弱剪切下进行，效率明显降低，对提高分散程度作用不大。
④为有利于高速分散时的物料循环，罐底一般以碟型为好，罐内不设挡板，这样可以消除死角。同时，由于湿润操作和分散操作要求不同的转速和不同的叶轮高度，所以具备两种以上的转速和液压升降装置的高速分散机更方便适用。
⑤高速分散机的电机在运行时，运用电流表指示电流是必要的。一方面可以通过工作电流观察高速分散机是否在高效正常地工作（工作电流应既低于电机额定电流，又与其接近为佳）。
⑥随着使用时间延长，叶轮会遭到磨损，锐角变钝、轮盘变形，效率会随之下降，故应注意随时更换。
⑦高速分散机严禁空车运行，应保持慢速起动和慢速停车操作。
（二）砂磨机
砂磨机是50年代后期发展起来的新型分散设备，我国在60年代引进使用。由于砂磨机体积小，可连续高速分散、效率高、结构简单、操作方便，因此迅速获得推广使用，并且在相当程度上取代了三辊机和球磨机在涂料生产中的地位。
1、结构和特点
砂磨机系由供浆泵、研磨筒体、主轴、分散盘组件、平衡轮、顶筛、电机和机架等部分组成。在筒体内装有直径为1—3um的玻璃珠作为分散介质。（也可使用天然砂、刚玉瓷珠等），参见图5。
砂磨机的分散原理是：主轴上按一定的间距装有8-10个分散盘（最下端为保持主轴平稳运转的平衡轮）。
分散轴由主电机带动作800-1500r/min的高速转动，从而使筒体内的分散介质作剧烈运动，同时将预混合后的研磨漆浆从送料系统由底部输送进研磨筒体内，漆浆和分散 介质的混合物在作上升运动的同时，回转于两个分散盘之间作高度湍流，颜料的聚集体和附聚体在这里受到高速运转的分散介质的剪切作用，从而在分散盘之间得到分级分散。当漆浆和分散介质的混合物上升到顶筛时，分散介质为顶筛截留，漆浆溢出，从而完成一次分散。因漆浆受到剪切作用时会引起温度升高。因此，研磨筒体设有冷水夹套，应通水进行冷却。
砂磨机的优点是：结构简单、操作方便、生产效率高、便于连续生产、价格低廉、便于维护保养等。缺点是：不适用于加工难分散的颜料（如炭黑、铁蓝等），更换颜色比较困难，灵活性不够，敞开式砂磨机只适用于        低粘度漆浆，冷却效果较差，操作温度高，溶剂挥发量大，操作环境受污染及噪音较大。
2、影响分散效率的因素
（1）主轴转速
砂磨机的分散效率和分散盘转数成正比。在一定条件下提高分散盘转数可以提高砂磨机的分散效率，但同时也增加了功率消耗和设备磨损，因此需权衡考虑，国产砂磨机一般为800-1000r/min。
（2）结构尺寸
为保证形成理想的研磨区，提高分散效率，砂磨机的结构尺寸通常如下：
①筒体直径（D）和分散盘直径（d） D/d=1.1-1.5  D-d=40-100mm
②分散盘的间距  H=0.2-0.4d
③分散盘直径（D）与筒体长度（L） L/D=4.0-5.0
（3）        研磨介质
①品种   研磨介质的品种有石英砂、玻璃珠、刚玉瓷珠和人造玛瑙等。目前国内普遍使用的仅是玻璃珠，这使提高砂磨机分散效率受到一定的限制。
②粒径  一般情况下产品要求的细度越细，使用的研磨介质的直径也相应小一些，因为介质直径愈小，球体间相互撞击发生剪切作用的几率越大，研磨分散效率也会提高。但球体直径太小，剪切力相应也变小，磨损加大，分散效率反而降低。珠体直径一般为1-3mm。
    因为粗粒的研磨介质难以获得好的分散细度，而细粒径的研磨介质用于粗分散阶段，由于本身粒径小而使用寿命低。故提倡将串联的砂磨机筒体内装填不同直径的研磨介质，前面的砂磨机内装填粒径较大的介质，发挥其剪切力强的特点，将粗颜料变细；后面砂磨机内装填粒径较小的介质，提高研磨精度。于是提高分散效率和产品质量。
③密度   不同的密度的研磨介质适用于不同的物料粘度。一般说来，玻璃珠在低粘度物料中能获得好的效果，而低粘度的物料如使用高密度的介质则将引起过度磨损。采用供料能力强的漆浆泵，高密度的刚玉瓷珠分散颜料分较高的稠厚漆浆是提高研磨分散效率的一种途径。
（4）研磨介质的装填量
一般介质的装填量愈大，研磨分散效率愈高。但因介质密度、漆浆稠度和砂磨机主轴功率的限制，装填量不能过大，否则起动困难。通常立式砂磨机的装砂量为筒体容量的60%，卧式砂磨机的装砂量为85%。
（5）操作温度
尽管砂磨机都设有冷却夹套，但是操作温度均需高于室温，实践证明，温度对颜料分散有较大影响。由于研磨漆浆结构强度随温度上升而降低，可采用40-50℃的温度操作，以提高效率。反之，对那些高温下不稳定的物料应在密闭砂磨机里分散并应设法提高砂磨机的冷却效果。
（6）预混合程度
漆浆预混合好坏，直接影响砂磨机的正常进行和分散效率的高低。因此应注意漆浆预混合阶段的充分湿润，以保证砂磨机分散效率的发挥。
（7）砂磨机研磨漆浆的组成
在上述因素相同的情况下，研磨漆浆中颜料树脂溶剂三者比例对砂磨机研磨分散效率有决定性影响。
砂磨机的研磨漆浆的组成，同样适用于球磨机。1946年丹尼尔提出了通过测定颜料流动点的方法来确定球磨机研磨漆浆的最适宜组成，因为适合球磨机的配方组成也同样适用于砂磨机，因而得到了实际的应用。
丹尼尔流动点测定法的理论依据，砂磨机或卧式球磨机都属于混合式研磨分散设备，其研磨漆浆的组成，通常是由低粘度的漆料和低颜料体积分数的漆浆组成的。漆料加入颜料形成的研磨漆浆应呈一种塑性流动状态，而又希望其中颜料含量相对最高。丹尼尔流动点正是基于这种考虑，在传统的吸油量测定方法的基础上发展起来。因此，也属于经验测定方法。测定时，是向一定数量的颜料中连续滴加一定固体含量的树脂溶液，并不断用油漆调墨刀进行捏合，开始颜料处于松散粉末状态，当滴加入某一数量的树脂溶液后，颜料为漆料结成一个紧密的球体，且无多余的树脂溶液存在，此点即为丹尼尔流动点测定的第一个阶段点——“球点”，该点类似于颜料吸油量测定的终点。到达球点后，再向其中滴加树脂溶液，则会有游离的液体存在，漆浆开始向流动液体过渡，当快速而连续滴加树脂溶液并不断用油漆调墨刀搅匀的同时，可不时以调墨刀挑起漆浆并将调墨刀呈水平夹角45度状，令漆浆自由滑落，当达到某一点，即沿调墨刀滴下的漆浆在下滴一段时间后又收缩回来，回弹到调墨刀尖部，此即为丹尼尔流动点测定终点，称作“弹性回缩点”，即丹尼尔流动点，其物理意义是，此时的漆浆组成达到了塑性流动状态，而其中颜料含量又最高，以此漆浆进行研磨时砂磨机（或球磨机）分散效率最高。此即丹尼尔流动点的理论依据。
由该法测得的数据有两方面的实用价值：一是可以据此计算求得砂磨机或球磨机的研磨漆浆的适宜组成；二是依据被测定颜料达到球点和流动点时消耗树脂溶液数量上差别，判断该颜料分散的难易，两点数值差异越小，说明该颜料越容易分散；反之，则难分散。
丹尼尔流动点的测定方法：
(a)仪器：精度为1/100的自动天平；ф60×60厚型玻璃杯；
油漆调墨刀；0-50ml酸式滴定管；密度计（或比重杯）；秒表（或计时器）；
(b)测试步骤：现以用55%固体含量的长油度醇酸树脂漆料，以二甲苯为溶剂测定R—930钛白粉的流动点为例。
①将55%固体含量的漆料用二甲苯分别稀释成10%、15%、20%……50%固体含量的树脂溶液，并测定其密度后，密闭储存备用；
②精确称量20g钛白粉置于厚型玻璃杯中，依次用上述不同固体含量的树脂溶液进行滴定，并记录下各自达到球点及流动点消耗的体积见下表：
R—930钛白粉的流动点测定数据
序号        醇酸树脂漆料固体含量，%        球点时消耗的树脂流量，ml        流动点时消耗的树脂溶液量，ml        每100g钛白粉消耗树脂液量，ml        钛白粉的PVC（f）,%        球点与流动点的差额
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10        10
15
20
25
30
35
40
45
50
55        5.5
4.7
4.4
4.4
4.5
4.4
4.4
4.4
4.5
5.3        8.25
7.1
6.6
6.2
6.0
6.1
6.5
6.9
7.7
8.4        41.25
35.5
33.0
31.0
30.0
30.5
32.5
34.5
38.5
42.0        36.59
40.13
41.90
43.43
44.24
43.83
42.27
40.82
38.20
36.17        3.25
2.4
2.2
1.8
1.5
1.7
1.7
2.1
3.2
3.1
注：表中的PVC（f）%表示在所配制的漆浆中的体积浓度。
PVC（f）=钛白粉的体积/（钛白粉的体积+树脂溶液的体积）。
③由表中可知序号5的组成，颜料的体积浓度最高，相应的树脂溶液固体含量为30%，由此计算研磨漆浆的组成为（计算过程略）。
原料名称        组成，%        原料名称        组成，%
R-930钛白粉        78.7        100%固体的醇酸树脂        6.4
二甲苯        14.93               
      若换算成以55%固体含量的醇酸树脂漆料进行配料的话则为：
原料名称        组成，%        原料名称        组成，%
R-930钛白粉        78.7        55%长油度醇酸树脂        11.64
二甲苯        9.69               
注：由计算得11.64g的55%固体树脂中，100%固体树脂为6.4g其余5.24g溶剂，由补加的二甲苯中扣除。
     （c）说明  以丹尼尔流动点测定法确定研磨漆浆组成一般颜料含量较高，而漆料粘度较低，在工业化生产实践中容易出现3个问题：其一，由于含高颜料分的研磨漆浆比较稠厚，一般内圆弧齿轮供料泵输送困难；其二，由于漆浆中漆料粘度较低，设备磨损相对明显；其三，调漆时加入的漆料和漆浆中漆料差异较大，容易造成稳定化困难。鉴于上述情况，建议在工业化生产时依据上述测定结果适当增加漆料固体含量并降低颜料含量以确定实用的研磨漆浆组成。
3、砂磨机的发展
敞开式砂磨机在应用中不断改进，着重解决了对高粘度漆浆的适应性，减少或杜绝空气污染和溶剂损失，提高湿润分散性以及对小批量多品种的适应性问题。
（1）立式密闭式砂磨机
立式密闭砂磨机与敞末式砂磨机的最大区别在于把顶筛移至研磨筒体的侧上方，在原顶筛位置放置了双端面机械密封箱，从而使砂磨机可以在完全密闭及不超过0.3Mpa的压力下操作，因而具有如下特点：
①加压操作可以加工高粘度漆浆，对于高触变性和低流动性的漆浆也能适用，从而可以增加漆浆中颜料含量，提高分散效率；
②密闭操作，消除溶剂挥发损失，减少环境污染；
③顶筛在圆筒内不易结皮，减少了清洁工作。
（2）卧式砂磨机
卧式砂磨机系70年代的新产品，它的特点是砂磨机的主轴和研磨筒体是水平安装的，电机置于筒体下方，结构紧凑，所占空间较小，出料系统用动态分离器代替顶筛，使拆洗方便，同时该机也是密闭操作。因此它除了具备上述立式密闭式砂磨机的优点外，尚具有：①装砂量大，研磨分散效率高；②拆洗装卸方便，适应多品种生产；③分散介质在筒体内分布均匀；④降温效果好。
特别是近年来国外厂家对动态分离器的结构进行了改进，避免了间隙处易卡砂的问题，在分散盘上钻孔，加大介质回流量，以及将分散盘偏心放置，增加分散的均匀性和研磨效率，降低能耗，保持运转平稳，减少研磨中产生的热量后，该机的优点更加突出。
（3）双轴砂磨机
双轴砂磨机是在同一研磨筒体内装两根主轴和两套分散盘，分散效率提高较大而能量消耗较低。
（三）球磨机
球磨机是古老的涂料研磨分散设备之一，依其结构和工作方式不同而分为卧式球磨机和立式球磨机两种，前者应用较为普遍。
1、卧式球磨机
（1）结构与特点
如图6所示，卧式球磨机有一个水平安装在轴承上的磨筒，它可以是钢制的，也可以是钢制衬石里的。筒内装有瓷珠或鹅卵石作为研磨介质。筒体上开有投料口和出料口。当电机运转时，通过减速机减速，驱动磨筒绕其轴线作旋转运动，这时磨筒内的研磨介质被向上提起，然后呈倾流状态边滚边滑下，球体或相互碰撞，或相互摩擦而过，提供撞击作用和剪切作用，使颜料大颗粒解聚集并有一定的粉碎作用。与此同时，球间的漆浆处于高度湍流状态，使颜料得到分散。
卧式球磨机的优点是：无需预混合罐，可把颜料、漆料投入球磨机同时进行混合分散作用，因为是密闭操作，漆浆中溶剂不会挥发故适合于高挥发分或含有毒物的漆浆加工。卧式球磨机适用于所有涂料颜料的分散，对于易返粗变稠（如碳黑，铁蓝等）难分散的颜料更有独到之处，球磨机操作简便、管理方便、维修量小。除投料、出料外，正常操作无需人控制。缺点是操作周期长，每批漆浆不易放净，换颜色品种困难，以及嘈音大，不能加工较粘稠漆浆等。
（四）三辊机
1、结构与运转
三辊机是一种比较常用的分散设备，它由3个钢辊组成，装在一个机架上，由电动机直接带动。一般辊子间的转动方向不同，前后辊向前转动，中辊向后转动。转速比有1：2：4或1：3：9，前辊快、后辊慢。中间辊固定，前后两辊装在滑道上，有弹簧装置，用顶丝或油压调节前后辊与中辊的距离。各辊的中心是空的，可插入水管进行冷却。在前辊上安装刮刀盘和刮刀。
三辊机擦洗干净后，先将前后辊稍放松一些，向后辊与中辊之间 加入漆浆，开动电机，3个辊以不同转速，开始转动。同时调整前辊与中辊的间距，务使三辊机的3条中心线平行，防止把辊子对斜。后辊与中辊之间装有一对挡板，防止漆浆外溢。当两辊向内转动时，漆浆被扯到加料缝，这道缝空间逐渐狭窄，大部分漆浆不能通过去，而因两辊转动使漆浆在加料沟里循环如图7，大颗粒被斥回漆浆顶部，小颗粒通过辊间缝隙并呈如图8所示的方式运动。三辊机最大的剪切力还是产生在两辊的加料缝间。漆浆通过加料缝被挤到两辊的另一方面去，漆浆同时分开成两部分，一部分粘附在后辊上，一部分粘附在中辊上。后辊上那部分回到加料沟，中辊上那一部分送到中辊与前辊之间的夹缝中。由于中辊与前辊的转速不同，比后辊中辊间的剪切力更大些，在中辊前辊夹缝的上部漆浆又分成两部分，中辊上粘附的那部分，回到加料沟，前辊上粘附的那部分，被刮刀刮下流入刮刀盘，流入储存桶。刮刀须压紧前辊，加料沟应随时加满，防止磨面干研磨。一般后辊中辊间距比中辊前辊间距大些。调整辊间距离，有的有手轮，有的有油压。在后辊顶丝杠上装有保险稍钉，一旦因不慎把大而硬的颜料颗粒或其工具带入漆浆中，仅能切断保险稍钉，而不致损伤辊磨。
2、三辊机研磨漆浆的组成
三辊机是一种为加工粘性体系的细分散而设计的研磨分散设备。三辊机由以下不同的转数转动的两个辊子间可产生巨大的剪切力，所以说它极少依靠溶剂来湿润颜料，而依靠研磨机两个辊子中间缝隙的巨大挤压力，使漆料包覆在颜料表面并渗入颜料孔隙的。同时依靠研磨辊相对速度差而产生的抹研力，解聚颜料的二次粒子。因此，适合三辊研磨机加工的研磨漆浆的特点是：不仅要使用高粘度的漆料，而且要加入高体积分数的颜料，故而是一种相当稠厚的漆浆。
对于三辊机工作原理的研究表明，影响三辊机产量的，共有9个关键性变量主要有辊子的直径，长度，后辊转速，中后及前中辊的速比等。但生产厂购得任何一种三辊机上述变数是固定的。在生产操作中可变数主要有三种：漆浆粘度、辊子松紧度和辊子的操作温度。
要提高三辊机产量可通过增加研磨漆浆粘度或降低辊间压力。但降低辊间压力要影响研磨质量，正确的方法是：增加研磨漆浆的粘稠度。可以增加漆料的粘度，也可以增加颜料的数量，来增加粘稠度。
3、操作要点
（1）预混合的作用
漆浆预混很重要，从理论上也证实这一点。因漆浆较调，搅拌需要功率较大的机器。先加足能湿润全部颜料所需要的漆料（配比是事先试验或有积累的经验数据）于搅拌桶中，然后将全部颜料加入，搅拌开动后，初步湿润开始，排出空气，产生球状结构力强的稠浆状，使颜料/漆料之间产生大的剪切力，搅拌至球状变为流动状的浆（只需要几分钟）。再用漆料调整至适于三辊机研磨的粘度。应该是结构均匀、无块状颜料、不含空气、湿润好的漆浆。
（2）辊间距的调节
三辊机带动漆浆通过它的两条分散线使颜料粒子团均匀地分布在漆料之中。也就是把漆浆中的颜料团分散为细小粒子的作用。这一作用的完成体现了这一机械的几种综合功能。
三辊机的两条分散线的合理利用，中间辊与后辊两者之间构成第一条分散线（加料沟），中间辊与前辊之间构成第二条分散线，随着辊子运行的漆浆先通过第一分散线，再通过第二条分散线，用刮刀刮下辊面上的漆浆。要求调节第一分散线的间距大于第二条分散线的间距，如果不这样调节，机械功能就不能完全发挥。
（3）满斗余斗操作
在一般运转情况下，三辊机的后辊与中辊间距在51um左右。325目筛孔平均为44um，颜料在325目筛余约0.5%。可见漆浆预混合后，较大颗粒也在后辊中辊间距的尺寸范围之内。
首先考虑中辊附近的大颗粒，其行径是经过辊中心向相反方向流动，由于漆浆的流动，把大颗粒斥回加料沟上部去；但中辊附近的小颗粒，常常被带到加料缝中去，小颗粒继续通过，使漆浆中99.5%的颜料通过辊磨，形成已分散好的漆浆。大而硬的颗粒留在加料沟中。如果继续研磨这点尾部硬粒，不但对磨有损伤，而且混入大量漆浆中，也将影响细度。满斗余斗操作，就是要把加料沟余下的5%的漆浆，留在加料沟内，单独搜集处理。以节约设备和台时又可保证分散质量。
（4）杂质的滤出
配制漆浆时很难避免带入杂质，这些杂质如不清除将严重降低单机产量。三辊机清除杂质的功能是利用中间辊间面与后辊面之间完成的。当漆浆放入时，与辊面接触的部位形成了运动的漆浆膜，这层运动的漆浆膜的运动方向和运动速度都是随着中间辊面和后辊面的运动方向和速度发生的。但运动着的漆浆并不是完全可以通过第一分散线，一部分被阻截不能通过，这样由于辊筒转速不同产生的扯力，搅动着被阻截的漆浆，形成了中间辊与后辊上面存留的漆浆的反作用由底向上冲击的力，三辊机滤出杂质的功能就因此而产生。
（5）双接边的必要性
三辊机所产生的运动着的漆浆的反作用力也使粗的粒子向两边推移。由于辊子直径是中间大两边小，在同一时间中间所作的功大于辊边所作的功，中间产生的反作用力大，使粗粒向辊边推移，并且因两边间距大于中间间距的原因，所以同一辊面上的漆浆中间细度好，两边细度差。必须把两边的漆浆与中间的漆浆分开，以免好坏混淆，以提高单机产量，这就是三辊机操作所说的“双接边”。接边的宽度一般为辊长的1/10—2/10。不同颜料有所不同，由当时测细度来决定。如辊面由于长期使用而磨平，此现象将随之减弱。磨辊应修理。
（6）刮刀的合理使用
要求刮刀能尽量把前辊带过来的漆浆全部刮下来，以提高单机产量。
   选择刮刀时，注意以下几点：直、薄、硬而不脆、质地均一、富有弹性。合适的刮刀装在刮刀架上，平落在调好的辊面上不加外力，应该是严密无缝，否则需要更换。机械运转时刮刀不可过紧，如把刮刀紧成弯曲状时刮漆效能降低。普通使用的固定角度与辊子摩擦。使刀刃处磨成斜面。这时刮刀与辊子的切线变为宽线，由于接触面加大，使压强下降，刮漆效果也降低，应更换新刀。如刮刀仍很直，可以不换，反过来使用也可以，这就是三辊机操作所说的“反刮刀”。
（7）研磨的道数
辊磨研磨时辊距是先松后紧，由试验可以看出，经一次研磨，除大于60um的颗粒外其它无任何变化，因此绝大多数颜料是在辊磨上分散而不是粉碎。分散设备只能把颜料聚集体和附聚体解聚，并将其湿润。仅仅依靠增加辊间压力或缩小辊距以期通过1—2道研磨，达到希望的研磨细度是不合适的。使用三辊机获得精细分散的正确途径是多道研磨。
（五）单辊机
单辊机是一种效能较高的色漆分散设备，其结构与功能分述如下：
单辊磨是由于5个主要部件组成：辊筒、楦梁、自动刮刀、油压设备和传动设备（图9），它们之间的机械运动完成了分散漆浆的作用。
楦梁具有不同角度，与辊筒形成“咬口”也不同。一般角度为5。、10。、15。、24。4种。辊筒还有横向运转装置，增加研磨的均匀性。楦梁将形成第一分散面、压力槽、回流孔和第二分散面。
常用的单辊磨辊径400mm、长660mm、转速210r/min，附有冷却水管通入辊筒中心。
单辊磨既可分散漆浆，还可以过滤色漆。只是调整楦梁和油压即可产生不同作用。

开林（江西）制漆

四、如何选用研磨分散设备
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4个方面的考虑为依据，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。
（1）依据产品或研磨漆浆的流动状况可将色漆分为4类：
①易流动的  如磁漆、头道底漆等；
②膏状的   如厚漆、腻子及部分厚浆型美术漆等；
③色片   如硝基、过氯乙烯及聚乙烯醇缩丁醛等为基料的高颜料组分，在20—30℃下为固体，受热后成为可混炼的塑性物质；
④固体粉末状态的  如各类粉末涂料产品，其颜料在漆料中的分散过程是在熔融树脂中进行的，而最终产品是固体粉末状态的。
（2）按照在漆料中分散的难易程度可将颜料分为以下5种类型：
①细颗粒且易分散的合成颜料  原始粒子的粒径皆小于1um，且比较容易分散于漆料之中。如钛白粉、立德粉、氧化锌等无机颜料及大红粉、甲苯胺红等有机颜料。
②细颗粒且难分散的合成颜料  尽管其原始粒子的粒径也属于细颗粒型的，但是其结构及表面状态决定了它难于分散在漆料中，如炭黑、铁蓝等。
③粗颗粒的天然颜料和填料  其原始粒子的粒径约5—40 um，甚至更大一些，如天然氧化铁红（红土）、硫酸钡、碳酸钙、滑石粉等。
④微粉化的天然颜料和填料  其原始粒子的粒径为1—10 um，甚至更小一些，如经超微粉碎的天然氧化铁红、沉淀硫酸钡、碳酸钙、滑石粉等。
⑤磨蚀性颜料  如红丹及未微粉化的氧化铁红等。
（3）依据漆料对颜色的湿润性可将其分为以下3类：
①湿润性能好的  如油基漆料、天然树脂漆料、酚醛树脂漆料及醇酸树脂漆料等；
②湿润性能中等的  如一般合成树脂漆料包括环氧树脂漆料、丙稀酸树脂漆料和聚酯树脂漆料等；
③湿润性能差的  如硝基纤维素溶液、过氯乙烯树脂等。
（4）依据对产品加工精度的不同，可将色漆分成以下3类：
①低精度的  产品细度在40um以上；
②中等精度的  产品细度在15—20um；
③高精度的  产品细度在15um以下。
对上述4个方面因素的综合考虑。便是通常选用研磨分散设备的依据。
以天然石英砂、玻璃珠或陶瓷珠子分散介质的砂磨机，对于细颗粒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，都是高效的分散设备。其生产能力高、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。因此，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分散体，用于加工炭黑等细颗粒而难分散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，这些因素都应在选用设备时结合具体情况予以考虑。
球磨机同样也适用于分散易流动的悬浮分散体系，它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。由于其研磨细度难以达到15um以下，且清洗换色困难，故不适于加工高精度的漆浆及经常调换花色品种的场合。
三辊机生产能力一般较低、结构复杂，手工操作劳动强度大、敞开操作溶剂挥发损失大，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的特点为砂磨机和球磨机所不及。因而被广泛用于厚漆、腻子及部分厚浆状美术漆生产。三辊机易于加工细颗粒而又难分散的合成颜料及细度要求为5—10um的高精度产品。目前对于某些贵重颜料，一些厂家为充分发挥其着色力、遮盖力等颜料特性，以节省用量，往往采用三辊机研磨之。由于三辊机中不等速运转的两辊之间能产生巨大的剪切力，导致高固体含量的漆料对颜料湿润充分，从而有利于获得较好的产品质量，因而被一些厂家用来生产高质量的面漆。除此之外，由于三辊机清洗换色比较方便，也常和砂磨机配合应用，用于制造复色磁漆用的少量调色漆。
至于双辊机轧片工艺，则仅在生产过氯乙烯树脂漆及黑色、铁蓝色硝基漆色片中应用。以达到颜料能很好地分散在塑化后树脂中的目的。
研磨分散设备的类型是决定色漆生产工艺过程的关键。选用的研磨分散设备不同，工艺过程也不同。例如砂磨机分散工艺，一般需要在附有高速分散机的预混合罐中进行研磨漆浆的预混合，再以砂磨机研磨分散至细度合格。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以用容器移动的方式进行漆浆的转移。球蘑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（以机械泵或静位差为动力）和活动容器运送两种方式。三辊机分散因漆浆较稠，故一般用换罐式搅拌混合，以活动容器运送的方式实现漆浆的传送。
综上所述，不难看出，当选定了研磨分散设备后，工艺过程的基本模式即相应形成。目前常见的工艺类型有砂磨机工艺、球磨机工艺、三辊机工艺和轧片工艺4种。

随心

颜料分散技术讲座

飞翔

谢谢分享

LB-TECH

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danzi0351

开林（江西）制漆 发表于 2007-7-18 21:39
四、如何选用研磨分散设备
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 ...

谢谢分享，整理的很全面细致，对新人有帮助。

lery1122

看了  学习下。

zxf

好好学习一下

真爱永恒

好东东，谢谢

生产透明防水胶

感谢楼主分享这么好的资料

kellenvivi

厉害…………

赤子

非常不错，还是老一辈精华多

zhangjianyedao

谢谢总结