Что такое диспергирование цемента

Для предприятий пищевой промышленности важно купить диспергатор, который будет оптимально соответствовать производственным потребностям. Это оборудование позволяет получать устойчивую эмульсию. Диспергирование используется и в других отраслях промышленности – например, при производстве лакокрасочных материалов.

Этот вид оборудования представляет собой электромеханический прибор, который необходим для измельчения твердых или жидких материалов до очень маленьких частиц. Диспергатор выполняет задачи, с которыми не сможет справиться традиционная мешалка. Она не измельчит частицы до нужного размера, и тогда через какое-то время в эмульсии начнется расслоение. А диспергатор позволяет получить мельчайшие частицы и равномерно распределить их по всему объему.

Диспергаторы бывают погружными и проточными. Погружное оборудование по своей конструкции похоже на мешалки, но отличается от них своей функциональностью. Поточные (проточные) диспергаторы – это установки для крупных промышленных предприятий, на которых используются схемы рециркуляции или происходит измельчение в потоке.

Любой диспергатор работает от электродвигателя, соединенного с ротором. И рабочие органы, и проточные части выполняются из высококачественных стальных сплавов, устойчивых к коррозии.

Диссольвер состоит из нескольких агрегатов, каждый из которых выполняет свою функцию.

• Металлическая рама. Служит основанием для крепления всех остальных агрегатов, может быть подвижной телескопической или стационарной. Изготавливается из прочного проката, внешние поверхности покрыты защитными составами.
• Электрический двигатель. Мотор служит для создания крутящего момента на фрезе. В зависимости от технических характеристик устройства имеет мощность до 30 кВт.
• Редуктор. Передает крутящий момент от двигателя к валу фрезы, изменяет скорость вращения. Фреза для диссольвера может иметь различный диаметр в зависимости от параметров ставных компонентов смеси и требуемой технологии их перемешивания.
• Емкость для приготовления состава. В ней происходит непосредственный процесс приготовления смеси, объем зависит от технических характеристик диссольвера.

С учетом параметров перемешиваемых веществ может иметь одну или две мешалки. К быстроходной фрезерной добавляется тихоходная рамная, за счет чего повышается качество конечного продукта. Существует два виды диссольвера: с одним или двумя приводными валами. Планетарный диссольвер имеет электронное устройство для преобразования частоты, что дает возможность плавно корректировать вращение вала.

При помощи диссолвера можно изготавливать следующую продукцию:

• Вододисперсионные и водоэмульсионные краски
• Лаки и краски на алкидной основе
• Шпаклевки
• Грунты
• Жидкие гвозди
• Шампуни
• Автохимию

Принципы работы

Лакокрасочное производство состоит из нескольких технологических этапов.

1. Заполнение емкости жидкостными и сухими компонентами. Может выполнять в ручном или автоматическом режиме, объем жидкости контролируется оператором производства. Самый современный диссольвер имеет электронные весы, позволяющие в автоматическом режиме контролировать количество подаваемых в емкость продуктов. Сухие компоненты добавляются в жидкость, за счет этого минимизируются риски образования мертвых зон и налипания сухих веществ на стенки емкости.
2. Включение агрегата, выбор скорости вращения фрезы, контроль качества перемешивания. На этом этапе диспергатор измельчает массу и делает ее однородной по всему объему емкости.
3. Внесение остальных наполнителей ЛКМ, перемешивание их до однородного состояния.

По завершении процесса емкость вместе с готовой смесью удаляется из зоны перемешивания и подается на разлив продукта в тару.

Что такое процесс диспергирования

Диссольвер распределяет твердые частицы в жидкости до получения коллоидной системы, в которой они не осаждаются под воздействием силы притяжения. Во время диспергирования происходят следующие процессы:

• равномерное смачивание поверхностей твердых частиц жидкостью;
• измельчение и равномерное распределение ассоциированных частиц по всему объему;
• стабилизация состояния новых более мелких образований и предотвращение их коагуляции (слипания).

Самое высокое качество достигается в том случае, когда геометрия, диаметр фрезы, скорость вращения и глубина погружения между собой согласованы. Эти параметры для краски подбираются в зависимости от физико-механических характеристик компонентов. От их значений в большой степени зависит конструкция диссольвера.

Вначале смешивания скорость вращения фрезы уменьшается, постепенное увеличение допускается на завершающем этапе. Частота вращения вала подбирается таким образом, чтобы исчезли все неподвижные зоны, а внутри по центру образовалась воронка. Появление воронки имеет название эффекта Doughnut. При ее образовании диссольвер для производства красок эффективно разрушает имеющиеся агломераты в районе вращения металлической фрезы – появляются ламинарные течения, которые отбрасывают смесь к стенкам фрезы, а внизу под ней образуются два потока жидкости. Нижний поток постоянно устремляется к центру дна рабочей емкости под валом фрезы, а затем поднимается вверх. Верхний поток образует воронку.

На показатели текучести воронки оказывает влияние процентное содержание твердых частиц в жидкости. При критически малом содержании твердых составляющих очень низкая вязкость, смесь вспенивается и разбрызгивается. При слишком большом содержании твердых частиц увеличенная вязкость смеси не позволяет добиваться идеальной однородности, жидкость не разделяется на потоки, смеситель работает вхолостую. Оба состояния считаются недопустимыми во время приготовления конечного продукта.

Принципы разрушения твердых компонентов смеси

Во время вращения фрезы на больших скоростях перед ее зубьями появляется зона высокого давления, а за ними зона пониженного давления. За счет этой разницы разрушаются агломераты твердых компонентов. Кроме разности давления, диссольвер измельчает частицы механическим путем ударами зубьев.

• Потоки жидкости в рабочей емкости
• Скорость вращения зубьев в зависимости диаметра и оборотов фрезы

После введения в рабочую зону жидких компонентов начинается добавление порошкообразных, при этом обязательно уменьшаются обороты вала. Добавление твердых компонентов в поворотный агрегат делается до тех пор, пока не образовалась воронка (эффект Dougnut). В зависимости от состава скорость вращения вала может увеличиваться или уменьшаться.

Оптимальный диаметр фрезы с учетом размеров емкости и вязкости жидкости

Результаты диспергирования имеют прямую зависимость от потоков движения агломератов по объему емкости и величины механической энергии, передаваемой им зубьями фрезы. Сам процесс диспергирования происходит на рабочей поверхности фрезы в зоне сдвига. Классификация и режимы производства подбираются в каждом отдельном случае опытным путем. Для лаборатории используется диссольвер небольшого размера и мощности.

Перемешивающее устройство обыкновенных мешалок выполнить такую задачу не в состоянии из-за невысоких технических характеристик оборудования.

Дисперсные системы

В случае достаточно сильного понижения уд. своб. поверхностной энергии на границе фаз благодаря воздействию ПАВ или повышению энергии теплового движения Д. может происходить самопроизвольно. Такое Д. наблюдается вблизи критич. т-ры смешения двух жидкостей, при получении смазочно-охлаждающих жидкостей из эмульсолов, при образовании водных дисперсий нек-рых гидрофильных минералов (об условиях самопроизвольного Д. подробно см. Дисперсные системы).

В зависимости от состава и св-в диспергируемой фазы и дисперсионной среды, а также способа Д. ниж. граница размеров частиц измельченного тела может находиться в пределах от неск. десятков до неск. десятых долей мкм, при самопроизвольном Д. составляет неск. нм.

Диссольверы — принципы работы

Опыты показывают, что наилучшие условия для дипергирования достигаются в том случае, когда в образовавшейся воронке просматривается приблизительно треть диаметра диссольверной мешалки и смесь, вблизи стенок ёмкости, имеет скорость — 10-20 см/сек. В идеальном случае, форма поверхности воронки напоминает тороид.

Благодаря высоким оборотам вала в смесь вводится большое количество механической энергии и увеличивается эффективность диспергирования.

В случае если результат диспергирования не соответствует предъявленным требованиям, необходимо уточнить следующие параметры процесса:

• длительность диспергирования, обычно 15-20 минут;
• контроль, за сохранением воронки в массе;
• обороты вала, с увеличением оборотов в смесь вводится дополнительная механическая энергия;
• загрузка смеси, уменьшить или увеличить загрузку;
• вязкость смеси, при увеличении вязкости возрастают усилия сдвига;
• температура процесса, с ростом температуры часто изменяются реологические свойства смеси и разрушаются её термочувствительные компоненты. В таких случаях следует использовать преимущества двухстенных рабочих ёмкостей с охлаждением;
• корректировка рецептуры, возможна частичная корректировка рецептуры с помощью замены отдельных её компонентов.

Производство водно-дисперсионных красок с использованием эпоксиэфира

Пленкообразование из водных дисперсий полимеров связано с золь-гель-переходом и последующим самопроизвольным сжатием образованного промежуточного геля до состояния монолитной пленки. При этом содержащиеся на поверхности глобул молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ) растворяются в полимере, либо вытесняются из межглобулярного пространства, образуя самостоятельную фазу. Одним из вариантов повышения качества сформированных таким образом покрытий является введение в состав водно-дисперсионных материалов водорастворимых олигомеров, которые после отверждения могут входить в состав полимерной матрицы. Ранее было доказано, что эпоксиэфиры можно использовать в качестве олигомерных ПАВ, в частности для поверхностной обработки пигментов.

Установлено влияние полидисперсности, содержания карбоксильных групп и ненасыщенности остатка жирных кислот таллового масла, используемых при синтезе олигомера, на реологические свойства растворов и изменение этих свойств при разбавлении.

В рассматриваемом случае речь идет не об обычных эпоксиэфирах, а о специальном их типе с высокими значениями кислотного числа для придания свойства водорастворимости синтезируемому продукту.

Для оценки возможности использования эпоксиэфира в качестве диспергатора и стабилизатора водных дисперсий пигментов изучена адсорбция водорастворимого эпоксиэфирного олигомера с кислотным числом 88,4 мг КОН/г на поверхности желтого железооксидного пигмента, оксида хрома и голубого фталоцианинового пигмента.

На рис. 1–3 приведены изотермы адсорбции олигомера на этих пигментах.

Изотермы адсорбции для всех исследованных пигментов свидетельствуют о полимолекулярном характере, причем для желтого железооксидного пигмента имеет место значительная хемосорбция, связанная с образованием на поверхности частиц пигмента нерастворимых поверхностных солей железа. Эти результаты хорошо согласуются с данными по адсорбции стеариновой кислоты на этом пигменте Причина ее хемосорбции аналогична причине хемосорбции эпоксиэфира.

Диспергирование пигментов при получении пигментного полуфабриката проводится в диссольвере в среде, представляющей водный раствор загустителя (гидроксиэтилцеллюлоза), диспергатора (триполифосфат натрия), антифриза (этиленгликоль), пеногасителя (BYK-024) и различного количества водорастворимого эпоксиэфира. Эффективность диспергирования в диссольвере определяется гидродинамическими условиями, зависящими от вязкости среды.

Для оценки влияния эпоксиэфира на реологические свойства среды для диспергирования были получены кривые вязкости для разного его содержания, приведенные на рис. 4.

Рис. 1. Изотерма адсорбции олигомера на поверхности фталоцианинового голубого пигмента

Рис. 2. Изотерма адсорбции олигомера на поверхности желтого железооксидного пигмента

Рис. 3. Изотерма адсорбции олигомера на поверхности оксида хрома

Рис. 4. Реологические свойства среды для получения водных полуфабрикатов при различном содержании эпоксиэфира

• 1 — без эпоксиэфира; 2 — 0,5%; 3 — 1%;4 — 1,5%; 5 — 2%

Рис. 5. Изменение оптической плотности (D) дисперсий пигментов в среде водного полуфабриката

• 1 — ЖЖОП; 2 — УНФ; 3 — оксид хрома; 1′ — ЖЖОП + 1,5% Э/Э; 2′ — УНФ + 1,5%Э/Э; 3’— оксид хрома + 1,5% Э/Э

Рис. 6. Дифференциальные кривые распределения по размерам частиц в пробах пасты желтого железооксидного пигмента, отобранных через 2 минуты от начала диспергирования в водном полуфабрикате (1) и с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (1′)

Рис. 7. Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам в пробах пасты голубого фталоцианинового пигмента, отобранных через 10 минут от начала диспергирования в водном полуфабрикате (2) и с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (2′)

Рис. 8. Дифференциальные кривые распределения по размерам частиц в пробах пасты оксида хрома, отобранных через 5 минут от начала диспергирования в водном полуфабрикате (3) с добавкой водорастворимого эпоксиэфира (3′)

Из приведенных данных следует, что среда для полуфабриката проявляет явно выраженные дилатантные свойства. Введение в ее состав эпоксиэфира до 1,5% повышает вязкость, но при этом значительно снижает дилатансию, которая практически исчезает при
скоростях сдвига, превышающих 700 с–1, и характер течения приближается к ньютоновскому. Такой характер течения предпочтителен при диспергировании материалов в диссольвере. При повышении содержания эпоксиэфира до 2% вновь возникает дилатансия.

На примере трех пигментов различной природы желтого железооксидного пигмента (α-FeOOH), оксида хрома (Cr₂О₃) и голубого фталоцианинового пигмента (α-тетрабензотетраазопорфин меди) изучены процессы стабилизации их дисперсий в среде полуфабриката.

Процесс седиментации пигментов в исследуемых средах оценивали по изменению оптической плотности дисперсий во времени. На рис. 5 представлены кривые изменения оптической плотности пигментных дисперсий в водном полуфабрикате, содержащем 1,5% эпоксиэфира. На основании этих данных были рассчитаны начальные скорости седиментации пигментов в этих суспензиях. Результаты расчета приведены в таблице 1. Из приведенных данных следует, что введение водорастворимого эпоксиэфира в водный полуфабрикат, предназначенный для диспергирования пигментов для получения воднодисперсионных материалов, приводит к снижению скорости седиментации и, соответственно, к повышению их устойчивости. Так, для железооксидного пигмента скорость седиментации в присутствии эпоксиэфира снижается в 1,2 раза, для оксида хрома и фталоцианина меди — практически в 2 раза.

Эффективность водорастворимого эпоксиэфира как диспергатора оценивали по результатам дисперсионного анализа и изменению оптической эффективности пигментов в процессе диспергирования. С этой целью через определенные промежутки времени из пигментной пасты отбирали пробы и определяли в них интенсивность цветного пигмента, а также проводили дисперсионный анализ суспензий методом малоуглового рассеяния лазерного излучения на приборе Nanotrac Ultra 151.

На рис. 6–8 приведены результаты дисперсионного анализа в пробах пигментных паст, отобранных в процессе диспергирования, в таблице 2 — параметры процесса диспергирования, определенные по оптической эффективности цветных пигментов. Как следует из приведенных на рис. 5–7 кривых распределения по размерам частиц, для фталоцианина меди и оксида хрома наблюдается значительное смещение кривых в сторону более высокой дисперсности. Дисперсионный состав железооксидного пигмента остается практически неизменным, но значительно повышается устойчивость его дисперсии. И, как показано ниже, снижается расход энергии на его диспергирование (стабилизацию). Иными словами, в этом случае адсорбционный слой модификатора, препятствуя вторичной агрегации, ускоряет увеличении оптической эффективности при диспергировании.

Таблица 1. Начальные скорости осаждения пигментных дисперсий в водном полуфабрикате в присутствии водорастворимого эпоксиэфира

Таблица 2. Параметры процесса диспергирования пигментов в водном полуфабрикате (K_д — константа скорости диспергирования, F_беск— предельное значение функции Гуревича–Кубелки–Мунка (ГКМ), t_0,5— сопротивление диспергированию)

Проведенная оценка процесса диспергирования по изменению функции ГКМ показала значительную эффективность использования эпоксиэфира как диспергатора. Так, сопротивление диспергированию уменьшается в 30 раз для железооксидного пигмента, в 5 раз для оксида хрома и в 1,5 раза для фталоцианинового пигмента, что дает возможность экономии энергии на диспергирование.

По результатам дисперсионного анализа и параметрам диспергирования можно сделать вывод о том, что введение в водный полуфабрикат водорастворимого эпоксиэфира способствует повышению эффективности процесса диспергирования. Таким образом, было показано положительное влияние добавок эпоксиэфира на диспергируемость пигментов и стабильность их водных паст.

Авторы: О.С. Староверова, Е.А Индейкин.

Список литературы

1. Староверова О.С., Скопинцева М.В., Индейкин Е.А. Адсорбционные и реологические свойства эпоксиэфиров // ЛКМ. — 2011. — № 11. — С. 42–45.
2. Кузнецов С.В., Индейкин Е.А., Мануйлова Е.С. Исследование реологических свойств водных растворов эпоксиэфирных олигомеров//ЛКМ. — 1999. — № 9.— С. 28 – 30.
3. Толстая С.Н., Шабанова С.А. Применение поверхностно-активных веществ в лакокрасочной промышленности. — М.: Химия, 1976.
4. Индейкин Е.А., Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. Пигментирование лакокрасочных материалов. — Л.: Химия, 1986.
5. Куликов Д.А., Индейкин Е.А., Аристов Б.Г., Коничев М.А., Смрчек В.А. Адсорбционные, диспергирующие, стабилизирующие и реологические свойства диспергаторов АС, ДП и лецитина // ЛКМ. — 2009. — № 1–2. — С. 49–53.

По материалам журнала «ЛКМ Лакокрасочные материалы и их применение»

P = 2π n M

геометрия в рабочей емкости

окружная скорость вращения в зависимости от числа оборотов и диаметра фрезы

рекомендуемый диаметр фрезы в зависимости от вязкости и размера рабочей емкости.

4. метод работы и оптимизация состава смеси

Чаще всего на практике применяется следующая технологическая последовательность: Сначала в рабочую емкость вводят жидкие компоненты. Затем при медленном вращении вала порциями вводят такое количество порошкообразных компонентов, при котором с увеличением скорости вращения вала до 18 — 25 м/с происходит образование воронки (эффект Dougnut).

• Не надо бояться больших оборотов!

После предварительного перемешивания необходимо снять остатки смеси со стенок емкости и диссольверного вала.

Только после этого проводится собственно диспергирование предварительно перемешанной смеси, при этом в диспергируемой массе должна образоваться воронка. При проведении этой работы следует использовать преимущества диссольверов DISPERMAT®. Не надо бояться высоких скоростей вращения вала! При использовании фрезы диаметром 25 мм вал диссольвера должен вращаться со скоростью 15000 мин-1, чтобы фреза могла достичь окружной скорости 20 м/с. Окончательный эффект диспергирования на диссольверах DISPERMAT® достигается через 10 — 15 минут работы. Дальнейшая работа диссольвера, как правило, не приводит к улучшению результатов диспергирования агломератов; как показывают анализы проб, устанавливается окончательный размер частиц. Если предъявляются повышенные требования к размеру частиц или к обработке агломератов, плохо поддающихся диспергированию, требуется применение мельницы.

5. перенос лабораторных результатов в производственные условия

Одним из важнейших условий успешной работы является возможность переноса результатов диспергирования, полученных на диссольверах, в основное производство.

Рис.: Диссольвер DISPERMAT® CV3-PLUS и диссольвер DISPERMAT® SC122

Ранее уже отмечалось, что результат диспергирования зависит как от движения агломератов вокруг зубчатой фрезы, так и от количества механической энергии, вводимой в смесь в емкости для диспергирования. Количество механической энергии является тем параметром, который определяет максимальный конечный результат разрушения агломератов, а движение агломератов определяет длительность процесса, которая необходима для достижения конечного результата диспергирования. Диспергирование агломератов происходит, как правило, в зоне действия усилий сдвига, которая образуется на рабочих поверхностях зубчатой фрезы. Величина образующихся усилий сдвига (оптимальные результаты диспергирования) определяется краевой конструкцией зубчатой фрезы, поскольку именно эта часть фрезы вращается в массе с максимальной скоростью.
По этой причине скорость (окружная скорость вращения 12 фрезы) может быть использована в качестве критерия при переносе результатов лабораторных исследований в производственные условия. Однако данное утверждение относится только к оценке конечного результата процесса диспергирования, но не к его длительности.

В диссольверах DISPERMAT® конечный результат обычно достигается быстрее, так как в лабораторном диссольвере траектория движения агломератов до зубчатой фрезы короче, чем в промышленных диссольверах. Точное воспроизведение окончательных результатов диспергирования достигается в тех случаях, когда температура массы в лабораторном диссольвере соответствует температуре массы в промышленном оборудовании. По этой причине при работе с диссольверами DISPERMAT® рекомендуется использовать двухстенные темперированные емкости. Для достижения в лабораторном диссольвере такой же окружной скорости вращения фрезы, как и в промышленном оборудовании, вал лабораторного диссольвера должен вращаться постоянно и стабильно с повышенной скоростью. При использовании различных зубчатых фрез окружная скорость легко рассчитывается по вышеуказанной формуле.

6. окружная скорость вращения в зависимости от числа оборотов и диаметра фрезы

Ниже приведены три примера, на которых приведена зависимость окружной скорости от числа оборотов и диаметра фрезы. Зеленым цветом отмечен наиболее благоприятный интервал величин окружной скорости (18 — 25 м/с).

These cookies are essential in order to enable you to move around the website and use its features, such as setting your privacy preferences, logging in or filling in forms. Without these cookies, services requested through usage of our website cannot be properly provided.

In order to continuously improve our website, we anonymously track data for statistical and analytical purposes. These cookies collect information about how visitors use a website, for instance which pages visitors go to most often, and how visitors move around the site. They help us to improve the user friendliness of a website and therefore enhance the user’s experience.

• Cookie Details
• Data Protection Policy
• Imprint

• О компании
• Новости
• Измельчение и Диспергирование
• Группа NETZSCH

• Группа NETZSCH
• NETZSCH Анализ и Тестирование
• NETZSCH Насосы и Системы

NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH
Sedanstraße 70
D-95100 Selb/Germany
Phone: +49 9287 797-0
Fax: +49 9287 797 149
info.nft@netzsch.com

• Кодекс корпоративной этики
• Контакты
• Карта сайта
• Политика защиты данных
• Импринт