濕法研磨工藝的優(yōu)化

1、濕法研磨工藝的優(yōu)化在濕法珠磨過程中物料.研磨珠和機械設計如何互相配合作者：布勒瑞士產(chǎn)品管理及工藝匸程總監(jiān)羅伯特肯翻譯：布勒中國研磨與分散部高級銷售經(jīng)理文小威在涂料的生產(chǎn)中濕法研磨是關鍵的工藝步驟。本文討論了影響產(chǎn)品質(zhì)最及產(chǎn)最 的因素。研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中使用的研磨珠尺寸、密度、質(zhì)量與珠磨機類型配合可極大提 升產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量。近年來油墨與涂料的質(zhì)量要求有了非常大的提高。不僅色彩需要非常鮮艷，涂層 也需要更高的耐久性。同時制造商也承擔著很大的降本壓力，價格往往成為原材料采 購的主要決定因素。然而，即便配方改變或使用更經(jīng)濟的原材料，質(zhì)量仍然需要得到 保證。在這個半衡中獲得成功的關鍵足對珠磨機分敬匚藝的全

2、面理解。只有通過產(chǎn)品特 性、研磨珠和設備特點的優(yōu)化結合才能實現(xiàn)最優(yōu)的結果。分散如何影響顏色特性對于油墨生產(chǎn)商.懸浮液的顏色特性非常關鍵°色強度、光澤和透明度很大程度 上山濕法研磨匸藝決定并與粒徑分布相關。顏料被研磨得越細，它們的總表面積就越大，繼而增加了色強度。這也意味著實 現(xiàn)規(guī)定的色強度需要的顏料越少，收益增加。為了實現(xiàn)更島的光澤，懸浮體的粒徑分布需要變得更窄。粒徑不能差別過大。過 大或過小的顆粒都會對光澤產(chǎn)生不利的影響。而且過小的顆粒更容易重新團聚，進而 降低物料的流動性。第三個重要的顏色特性，透明度，也由粒徑分布決定。舉例來說，家具漆中使用 的氧化鋅就需要被研磨到非常細.這樣才

3、能讓可見光通過的同時吸收紫外線。在珠磨機中團聚的顆粒通過床緊、撞擊和剪切力的有效結合被研曆。油墨和涂料 的生產(chǎn)都是典型的分散任務，剪切力在其中都扮演著重要的角色。研磨珠相對運動對研磨珠中間的膜狀物料產(chǎn)生剪切力。為了實現(xiàn)更大的剪切比例, 研磨珠需要進行強烈的運動。加工效率很大程度上取決于珠磨機類型。對于粘性物料, 推薦使用更重的研磨珠。全容積珠磨機適合大尺寸的研磨珠對于全容積珠磨機（圖1）來說，運動和靜止部件間的空間相對較大。因此攪拌 器對堆積的硏磨珠僅能產(chǎn)生少量的湍動，獲得的動能有限。如果系統(tǒng)使用稍大的直徑0.5至2亳米的研磨珠，單個研磨珠仍然可獲得較高的 動能。為了確保獲得和使用小研磨珠一樣

4、數(shù)量的機械撞擊，涂料生產(chǎn)商也能改變物料 的粘度，比如將顏料含量從20%增加至25% o或者改變研磨珠的密度來增加機械摩擦 的數(shù)量。不同研磨珠的密度各不相同。比如硅酸鉆珠的密度為侮升4.1公斤；氧化皓 珠次之，為每升6公斤；鋼珠最重，為7.5公斤每升。根據(jù)物料的粘度，也可使用其 它類型的材質(zhì)。對于粘性物料，推薦使用更重的研磨珠，由于密度更大，可以將研磨 珠攜帶的能量更多地傳遞到產(chǎn)品上。研磨珠越小，效率越高當油墨制造商使用環(huán)形間隙珠磨機（圖2）時，情況就不同了。研磨區(qū)域內(nèi)交錯 排布了棒銷。這使得研磨珠實現(xiàn)了很高的移動速度并帶來了非常好的有效研磨。這些更小的研磨珠有著非常多的優(yōu)勢。如在研磨區(qū)域內(nèi)有更

5、多的研磨珠，更高的 研暦珠總表面積和更多的撞擊。這也是為什么在環(huán)形間隙珠磨機內(nèi)的機械摩擦沖擊數(shù) 量更多。機械摩擦越多，團聚體打開得越快。刃外，硏磨珠需要更少的加速度即可實現(xiàn)需 要的研磨強度。單位能量消耗也能相應降低。如果研磨1噸的懸浮料，可降低30%的 總能量消耗。另外一個優(yōu)勢則是在同樣能量消耗的前提下產(chǎn)量更高：同樣生產(chǎn)周期內(nèi)可提高50% 的產(chǎn)最。然而小研磨珠也帶來其它挑戰(zhàn)：需要通過一個離心系統(tǒng)與物料進行分離。這 也總味著研解珠不能太輕，否則他們就會粘在篩網(wǎng)上。密度達6公斤每升的氧化錯珠 因此被廣泛使用。為什么研磨珠質(zhì)量是非常重要的因素市面上供應的研曆珠有非常多種的尺寸，滿足不同的珠磨機和不同

6、的研磨任務 （見圖3）。除了研磨珠的尺寸和密度，其質(zhì)量也是需要考量的因素。濕法研磨是能量密集的工藝。在一個攪拌式珠磨機內(nèi)，研磨珠的撞擊相對強烈。 全容積珠磨機的能量密度約0.5千瓦每升，而環(huán)形間隙式珠磨機能達到3.5至5千瓦每 升。這些對硏磨珠的性能和研磨腔內(nèi)使用的材質(zhì)提出了特殊要求。如果研磨珠采用了較差的原材料，當磨損產(chǎn)生時，研磨珠的粗糙農(nóng)面就會對設備 的部件產(chǎn)生損害。而且，研磨珠會不均勻的磨損，變成扁平狀。這會對分散結果產(chǎn)生 不利影響。為了確保產(chǎn)品穩(wěn)定的高質(zhì)量，對于一些特定的研磨工藝，需要使用高等級原料制 成的研磨珠。如果研磨珠均勻磨損，產(chǎn)品質(zhì)最就能保持稅定并延K設備的使用壽命。不是任何時

7、候都需要用高質(zhì)量的研磨珠產(chǎn)品特性、研磨珠和設備技術間的互相作用通常是很復雜的。如在生產(chǎn)二氧化鈦 時，需要通過一個分散步驟對表面進行處理。通常會用到5 0 0至1 0 0 0升的全容積珠磨 機。該工藝就要求相對較大的如0.8丄0毫米的研磨珠。山于其磨損不會對懸浮液質(zhì)量 造成影響,一般會推薦使用氧化鏈材質(zhì)的研磨珠。能量密度僅為0.1-0.2千瓦每升，一 些低檔的研磨珠也能使用。因為研磨區(qū)域內(nèi)襯了聚氨酯塑料，因此粗糙的研磨珠農(nóng)面 也不會產(chǎn)生任何曆損。處于經(jīng)濟性的考慮：對于1 0 0 0升容量的設備，硏磨珠的成本也是非常大的一個因 素。研磨珠與設備材質(zhì)需要與產(chǎn)品契合一個很不同的例f是熱轉(zhuǎn)印紡織染料噴墨

8、的生產(chǎn)。最終產(chǎn)品需要研磨到20 0納米 左右的極低粒徑。同時，懸浮液不能包含任何磨損性物料，否則噴墨打印機的噴頭可 能會被堵塞。對于該應用，采用陶瓷或塑料內(nèi)襯的環(huán)形間隙珠磨機與直徑0.1-0.2毫米的高質(zhì)量 氧化鉆研磨珠配合證明非常高效。島質(zhì)量的陶瓷能確保研磨珠均勻磨損，始終保持圓 形。這也保護了設備。研磨珠也不會堵塞分離篩網(wǎng)，效率非常啟j。換句話說，一個優(yōu)化的分散工藝取決于多種因素。在表1中對部分因素進行了總 結。如果制造商需要處理新的配方，可對這些因素進行考慮。如果必要則進行調(diào)整， 如更改使用的研磨珠。僅僅只有所有這些參數(shù)互相配合，濕法研磨的工藝效率可更高, 產(chǎn)品可達到需要的特性。“我們一

9、直推薦鉞穩(wěn)定或鈣穩(wěn)定氧化鉆珠”三個問題市場上研磨珠的供應商非常多。在選擇合格供應商時是否困難或僅僅依 靠價格來決定？市場上丄要有兩種原料，U本產(chǎn)陶瓷粉末和中國產(chǎn)陶瓷粉末。粉末經(jīng)過加工后再通過 燒結法或熔融法制成研磨珠。換句話說，研磨珠的加工方法不同，其質(zhì)量也不相同。是否有硬指標幫助選擇使用何種研磨珠？就我們的研磨設備范尉而言，我們總是推薦張或鈉穩(wěn)定的氧化錯珠。這些研磨珠有極 高的密度和耐磨性能。拓密度有助于通過離心力將研磨珠從物料中分離出來。而且， 高耐磨性能也可降低珠磨機的磨損。什么是選擇全容積或環(huán)隙珠磨機的關鍵考慮因素？這取決于批量大小、靈活性和研磨要求。如果客八需要使用單臺設備生產(chǎn)不同的

10、產(chǎn)品 或顏色，小研磨腔的設備（環(huán)隙式）則更合適。如果物料本身要求使用更小的研磨珠 時，小研磨腔也更合適。另-方面，曲生產(chǎn)大批量單位能量消耗較低的物料時，全容積珠磨機這比較合適。圖1全容積珠磨機研磨腔示意圖圖2環(huán)隙式珠膺機研磨腔示意圖圖3研磨珠粒徑尺寸廣泛，此處進行放大對比0 0 00 0 0800 pm200 pm50 pm表i硏磨珠密度與直徑和物料粘度如何配合以獲得高效研磨（僅供參考：能量輸入和 珠曆機內(nèi)局部剪切速率不同，粘度也可能有很大不同）產(chǎn)品粘度范圉 mPA.S最小研磨珠密度P g/cm 3 】研磨珠直徑范Wh最小最 大0.2 -501.0 （聚合物）60 （如 "Draison"鐵/絶穩(wěn)定系列30*300微米2 0 -2003.6 （陶瓷