(中國粉體技術網/班建偉)在油墨、涂料等制造中,顏料得以粉碎分散是重要的工藝過程。在二次粒子(聚集體)狀態下要使顏料一次粒子分散,并充分發揮顏料的各種特性,這時顏料粒子徑對透明度、光澤、著色力等等,起到一定的影響,同時對微細化也提出更高要求。為了促進顏料粉碎,產品質量和粘度符合要求,必須開發出使用在顏料等原料粉碎分散工程中的新型超微砂磨機。
1 新型超微砂磨機
1.1 圓筒環隙式砂磨機
國內外最為關注的是圓筒環隙式砂磨機,兩同心圓筒的環隙處作為研磨室,內筒轉動以攪拌研磨介質。其典型的產品有:雙錐型砂磨機(Coball磨) 和PM-DCP 磨等。其中德國DRAISWERKE 公司新近推出的PMDCP系列磨,采用雙筒式機體設汁,使之擁有雙層研磨室,物料可在兩層研磨室中連續研磨,轉筒及磨罐均裝有小圓釘,使物料分散效果更佳,其效果為傳統式砂磨機的4 ~ 8 倍;所有與物料接觸的磨罐表面都為冷卻面,轉筒內外表面也均受冷卻水冷卻,對熱敏性物料具有極佳的調和、加熱及冷卻作用。經研磨成品粒度可達到微粒、超微粒,且粒徑分布均勻?,F廣泛應用于涂料、染料、顏料、醫藥、農藥、合成纖維、皮革化工、化妝品、電子、食品、生物等行業。
1.2 雙旋轉錐筒型臥式砂磨機
由于研磨空間大,分散葉片或棒銷轉動產生的離心力有限,致使研磨介質容易沉積筒底,大大削弱了物料與研磨介質之間的剪切力,同時只采用電機驅動分散軸一個方向旋轉,導致物料不能充分分散,造成效率低,能耗高,分散效果不理想。
為了避免上述缺點,本作者發明一種雙旋轉錐筒型臥式砂磨機。如圖1 所示,物料先通過外磨錐筒、內磨錐筒內上交叉的分散棒銷以及分散梯形塊,隨著內磨錐筒直徑增加而被隨之增加的高速研磨,同時分別通過主電機和次電機作用,外磨錐筒與內磨錐筒內也做反向的旋轉運動,物料既受到兩錐筒速度差而形成湍流之研磨作用,又在磨筒的狹窄間隙內作畸形圓周運動的研磨介質作用,從而產生強大摩擦力以及沖擊力,使物料在分散棒銷、分散梯形塊和研磨介質之間得到充分強剪切而快速的分散、研磨,同時有冷卻水分別通過冷卻管道以及進水通道對應進入回流通道、錐形空腔內,能夠進一步控制物料的研磨溫度,能得到既超微細又均勻物料,從而大大提高了生產效率以及經濟效益。
1.3 高粘度、高濃度砂磨機(OB 磨)
為了克服納米級高濃度、高粘度物料難以粉碎的狀況,フロイント·タ-ボ新近開發高粘度、高濃度砂磨機(OB磨)。
它具有獨特的定子和轉子形狀,且物料通道的空間狹小,在選定最適宜的研磨介質直徑下,能實現粉碎短時間處理,結構如圖2 所示。
由于處理高粘度、高濃度的物料,機內溫度會上升,產品的溫度也隨之激烈上升,這時OB 磨定子和轉子的兩邊多采用冷卻水流動,能防止溫度的上升,特別是轉子側的冷卻效果大。同時在高粘度處理中,為了避免隨流體的阻力增大而使機內的壓力升高,在研磨介質與粘性液的分離機構處裝備金字塔式篩。OB 磨能處理粘度高達20~60Pa.s, 特別是對于高粘度、高濃度有高剪切效果。能減少原料罐與砂磨機之間的循環次數,一次就能達到所希望的粉碎粒徑。
1.4 多量循環方式的砂磨機(Opti磨)
為了減少高粘度、高濃度處理的輔助設備,滿足用戶多量循環處理的要求,大大降低設備的投資費用,フロイント·タ-ボ研制了多量循環方式的Opti 型砂磨機。
如圖3 所示,在粉碎室定子和轉子上裝有攪拌棒,防止短路,從0~20Pa.s 低到中粘度物料, 具有高的分散能力,能得到粗粒少而分布均勻粒徑,如在顏料分散透明度好得到優質產品。Opti 型砂磨機內部采用了冷卻機構,如定子和轉子的兩邊多有冷卻通道,具有大的冷卻效果,能適應于熱敏性的原料。同時該機還具有獨特的研磨分離機構,實現了穩定的大容量運轉。
在多量循環方式的場合,為了避免一次在機內通過時其滯留時間要變短和原料在機內的分散性有問題。Opti 型砂磨機從機械下部進入原料,分散葉輪與分散媒質一起分散,防止原料在滯留時間內短路。物料最終縫隙中通過,防止研磨介質100% 的不混入產品。采用再循環方式,能得到尖狀粒度分布的分散體,滿足初始顏料粒子納米范圍均勻性要求,特別廣泛應用在油墨、化妝品、液晶平板原料,生物原料,健康食品原料等。
1.5 納米級專用砂磨機
為了避免以前砂磨機因分離裝置的結構問題,而導致使用微小的研磨介質在粉碎室內研磨介質偏移而造成壓力上升和異常磨耗;還有高速旋轉軸密封問題,穩定運行困難。因此,為了達到納米級粉碎和分散的目的,アシザワ·フインテック株式會社最近研制納米粒子分散專用最新型砂磨機,采用追求超微細化概念開發而成,如圖4 所示。
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納米級專用砂磨機的特征就是粉碎室內長徑比小,即L/D 小。如果L/D 大,研磨介質產生偏離現象,增加無效的運動,引起效能的降低。新型納米粒子分散專用砂磨機L/D 小,避免了以前砂磨機在直徑方向上因剪切力的不均勻而產生的短路現象,抑制無效的能耗。該機使用研磨介質的直徑限定為Φ0.03 ~ Φ0.2,微小研磨介質和原料采用離心分離旋轉篩分離,原料能在狹小寬度限定結構中得到均勻分布剪切力作用,促使原料在環形間隙中流動而得以較好的粉碎和分散,并在附加強烈均勻的剪切力作用,從而得到效率高、質量好的產品。
2 結語
隨著原材料納米粒子用的產品的小型化、高功能化的發展,為了使納米粒子用一次粒子粉碎,且分散狀態的維持,納米粒子均勻化作用,粒徑分布,微粒子化下粉體好的特性的功能,美、德、日等國正在研究新型納米級專用砂磨機,以滿足產品功能和質量的需要。
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