Получение порошковых красок смешиванием компонентов в расплаве

Смешение компонентов в расплаве, т. е. при температуре выше температуры текучести пленкообразователя, позволяет получать смеси наиболее однородные по составу, макро- и микроструктуре. Это связано с тем, что при таком смешении наряду с гомогенизацией материала протекают процессы дезагрегации твердых частиц, их смачивания расплавом пленкообразователя и стабилизации. В отличие от жидких красок диспергирование компонентов порошковых составов осуществляется в высоковязких средах, при повышенных температурах (90-120 С) в отсутствие третьего компонента растворителя или воды. Вязкая среда, обусловливающая повышенные напряжения сдвига, благоприятствует разрушению агрегатов и стабилизации дисперсий, однако затрудняет смачивание поверхности образующихся частиц; повышение температуры ускоряет установление адсорбционного равновесия и способствует образованию на частицах поверхностных слоев.

Поверхностная активность пленкообразователей уменьшается в следующем ряду: алкидные > полиэфирные > > эпоксидные > фенолоальдегидные. Соответственно этому надает и способность смачивать твердые компоненты смеси и диспергировать их. Смачивание улучшается при введении ПАВ, низкомолекулярных полярных пластификаторов и модифицирующих веществ.

Способом смешения компонентов в расплаве могут быть получены порошковые составы из любых твердых пленкообразователей, однако наибольшее практическое применение он нашел при производстве эпоксидных, полиэфирных, полиакрилатных и полиуретановых красок. Способ обеспечивает получение красок высокого качества, однако он многостадиен и требует применения дорогого и сложного оборудования; кроме того, после сплавления компонентов возникает необходимость проведения энергоемкой операции-измельчения сплавов.

Технологический процесс включает следующие основные операции 1) дробление исходных компонентов; 2) сухое смешение порошкового сырья; 3) смешение сырьевых компонентов в расплаве; 4) охлаждение сплава; 5) измельчение и классификация; 6) упаковка краски в тару. Операции 1, 2 и 6 проводят аналогично и с применением того же оборудования, что и при получении красок сухого смешения. Однако при этом допускается более грубое дробление до частиц размером 1-3 мм. Для получения таких порошков в отечественной практике нашли применение молотковые дробилки ММ-43, ДМ-63, мельница ЛДМ-1А, дезинтеграторы, а за рубежом дробилки «Кондукс», «Бройерс», «Бусс» и др. Предварительное смешение компонентов в виде порошка облегчает последующее их дозирование и благоприятно сказывается на однородности и качестве получаемых красок. Эту операцию проводят на ленточных, планетарно-шнековых или центробежных смесителях типа МК-1000.

Наиболее важная и ответственная операция смешение (сплавление) компонентов. Смешение проводят в обогреваемых аппаратах-смесителях экструзионного типа. Наибольшее применение в производстве красок получили двухчервячные смесители непрерывного действия. Последние позволяют осуществлять смешение с большой скоростью при достаточно высокой вязкости расплавов (103-105 Па с). Ввиду того, что в экструзионной камере находится небольшое количество материала, обеспечивается хорошая передача теплоты и равномерность обогрева всей массы. Благодаря особой конструкции смесителей (многопрофильная система червяков, их плотное сопряжение между собой и с корпусом) и развивающемуся в них большому усилию сдвига достигается исключительно хорошее смешение материала. Операцию обычно проводят при температурах 90-130 С. Длительность смешения определяется реакционной способностью смеси и характером применяемого оборудования и колеблется от нескольких секунд до нескольких минут (обычно 0,5 5,0 мин).

Качество смешения во многом зависит от конструкции смесителя. В промышленности СССР оправдало себя применение реакторов-смесителей СНД-100. СНД-200, СНГ-200, за рубежом-экструдеров «Ко-Кнетер» (фирма Buss AG), планетарно-вальцовых и двухшнековых смесителей типа ZSK с вращающимися в одну сторону и находящимися в зацеплении шнеками (фирмы Werner & Pfleiderer, Colombo и др.). Их производительность колеблется от 100 200 до 1500-2000 кг/ч; она растет с понижением температуры переработки смеси. Удельный расход энергии с увеличением производительности смесителя снижается; при производительности 500 кг/ч он составляет 70-80 кВт-ч/кг. Разработана конструкция вакуумных смесителей, позволяющих приготовлять композиции в присутствии растворителей, которые удаляются в процессе смешения. В таких смесителях обработка проводится при пониженных температурах, что особенно важно при изготовлении красок с повышенной реакционной способностью.

Схема процесса производства порошковых эпоксидных красок. Аналогичным образом могут изготавливаться и другие термореактивные краски эпоксидно-полиэфирные, полиэфирные, полиакрилатные, полиуретановые.

Поступившие в цех твердые олигомеры (эпоксидный и др.) с помощью подъемника доставляются к дробилке и подвергаются дроблению до частиц не более 3 мм. Далее в измельченном виде они поступают в планетарно-шнековые смесители, куда подается отвешенное количество пигментов, наполнителей, отвердителей, вспомогательных добавок. Смесь перемешивается в течение 1,5-2,5 ч, после чего через систему транспортных средств и дозаторов поступает в шнек, питающий реактор-смеситель СНД-100. Сюда же из мерника через жидкостной дозатор подается в разогретом виде жидкий компонент краски винилин. В реакторе-смесителе смесь последовательно проходит при интенсивном перемешивании три зоны с температурами: I 60-70, II 110-116, III 118-125 С (в зависимости от типа краски эти температуры могут быть другими).

Общее время смешения составляет 3-6 мин. После выхода из реактора-смесителя расплав поступает в охлаждающее устройство, где проходит между охлаждающими валками, охлаждается до 45-50 С, раскатывается в ленту и при последующем прохождении через шнек дробится. Дальнейшее дробление сплава производится в молотковой дробилке. Затем предварительно измельченный материал поступает в бункеры-накопители, а оттуда в воздушно-противоточную струйную мельницу УСВ-600-15 для тонкого измельчения. Далее краска, пройдя через магнитный сепаратор, поступает в бункер упаковочной машины и упаковывается в мешки. При остановке производства реактор-смеситель зачищается с помощью эпоксидного олигомера, который поступает в измельченном виде из бункера через дозатор и шнек в первую ступень смесителя.

По материалам tikkurila powder coatings