第一节　涂料生产设备概述

一、涂料设备分类

(1)简易型涂料生产设备系列

简易型涂料生产设备是涂料单机设备,按照涂料生产的工艺一步一步实行生产,便可以生产出各种涂料,简易型涂料设备有:涂料分散机、拉缸机、研磨机、灌装机,按客户意见选配的涂料调色机等。

(2)涂料成套设备

涂料成套设备一般是一体化涂料生产设备,其包含有真空上料系统、电控系统、自动灌装、自动称重等系统。

从年产500t到年产50000t成套设备都是单机设备组合或全自动化生产线,包括进料系统、计量系统、分散研磨系统、多功能搅拌调漆系统、清洗系统等、自动化控制系统等和自动灌装系统,根据不同的涂料品种和生产要求可量身定制。

(3)粉体输送系统

有粉体气力输送(正压、负压、密相、稀相)、机械输送(螺旋、皮带、斗提等)。

粉体、液体的配料系统有增量法、减量法、容积法等多种配料系统。

(4)研磨设备

篮式研磨机:其湿法研磨设备,将原分散、砂磨两道工序合二为一,减少工艺流程,无需泵阀,提高生产效率,减少物料浪费,清洗方便,适合多品种产品研磨,特别适合小批量多种颜色的生产工况需求。

卧式砂磨机:用于细度要求较高的涂料品种的湿法研磨,研磨细度好,效率高,是市场上应用最广泛的研磨产品,包含圆盘式卧式砂磨机和全能型卧式砂磨机。

(5)混合搅拌设备

涂料搅拌机:针对涂料的不同工艺和物料特性(黏度、密度等),有多种形式和规格的搅拌机可选,包含抽真空的、防爆的、单轴的、双轴的、三轴的、釜用的以及针对高黏度涂料的行星式搅拌机、针对腻子和真石漆的卧式螺带搅拌机等。

搅拌罐:为制备颜料浆的混合设备。在搅拌罐中,颜料和填料在助剂的帮助下被水充分润湿,并成为适合分散的浆状物。该设备需配搅拌器,搅拌形式最好是分散盘式,有低、中、高速或无级变速,搅拌转速一般为300~20000r/min。

容积为1000L以上的设备应固定安装,比较安全;容积小于1000L的搅拌罐可以制成活动罐,即在罐底装置滚轮,可以人工移动,比较灵活。

(6)分散设备

分散机:在涂料的预分散、乳胶漆的制浆设备中,有多种型式和规格的分散机可选,包括有带刮壁式分散机、真空型分散机、蝶式双轴分散机、平台式分散机等,以满足各种分散、搅拌工况的要求。

涂料分散设备有多种类型,根据设计者的意愿可任意选取其中之一:高速分散机,胶体磨、砂磨机、三辊机和球磨机等。这里是团聚的颜料、填料以浆状形态还原成原始粒子的场所,是涂料生产最重要的设备。按生产所获得的颜料浆的质量来说,依上述设备排列顺序,即球磨机的为最好。按生产效率来说,则依上述设备排列顺序递减,即高速分散机为最高,球磨机为最低。颜料分散设备均为定型设备,可从涂料机械和设备制造工厂购得。

(7)调漆设备

将颜料浆与乳液、助剂进行调漆,以及添加色浆进行配色的工作是在调漆罐中完成的。调漆罐的尺寸类似于搅拌罐,配置的搅拌装置两者也相仿,只是其容积应比搅拌罐大一些。有时,调节器漆罐子和搅拌罐并为同一台设备使用,在用高速分散工艺时就是这样的。

(8)输送设备

对于中、小型生产线,原料一般都靠手推车运送,上下方向的运输采用有轨升降吊车,有条件的有规模的工厂,对于投料数量较多的液体原料,如水、乳液、增稠剂HEC预溶液和颜料浆等采用管道输送的方法。动力为输送泵。除了水和黏度低的助剂外,输送泵可选用隔膜泵:无气源条件的,选用电动隔膜泵;有气源条件的,可任意选择气动隔膜泵或电动隔膜泵。对于颜料浆和增稠剂等预溶液,还可以选择齿轮泵和浓浆泵等。

(9)过滤设备

涂料调制完成,包装前应经过过滤。过滤设备有敞开式振动筛、袋式过滤器,或密闭加压袋式过滤器(加压可加快过滤速度)。滤网通常为80~150目的不锈钢或尼龙丝绸质滤布。

(10)计量器

原材料的计量和成品都需要使用电子秤或磅秤。此外,在先进的大、中型涂料工厂,包装时使用自动罐装设备,水和液体物料在管道输送中通过流量计等仪表计量。

(11)涂料灌装机

包装规格为0.5~200kg,适用于塑料桶和铁桶的灌装,包含半自动和全自动的形式,并可根据要求非标定制。

二、树脂涂料常用设备

树脂涂料以其丰富的树脂原料而具有多种功能,性能方面更是千变万化。涂料工业生产过程包括树脂(成膜物质)生产,色漆(母漆)分散,色漆的研磨,调漆(过滤、包装)等工艺过程。涂料生产流程图如图1⁃1所示。

1.树脂生产设备

由于不同树脂涂料具有不同的性能,使得涂料生产尤其树脂生产备受关注。涂料中所用的液体树脂,有天然树脂和合成树脂。天然树脂由于性能单一,其应用不及合成树脂广泛。合成树脂的反应机理有聚合反应和缩聚反应两种。醇酸树脂、氨基树脂为缩聚型树脂,丙烯酸树脂为聚合型树脂。合成树脂的种类虽多,但是它们的生产流程具有一定的共性,其典型的生产工艺流程描述如下:原料经过计量,加料到反应釜中,进行反应。一般情况下,不同合成树脂反应条件亦不同。先用热媒对反应釜进行加热到反应温度。让反应物进行反应,保持该温度到设定反应时间。一般情况下,合成反应为放热反应,由于在反应中,温度过高副反应增多,需要移走反应中所产生的热量;可以采用冷却水在夹套中对反应釜进行冷却。同时,为了充分混合反应物,也为防止局部过热,需要对反应物料进行搅拌。搅拌桨直径为反应釜直径35%~60%的桨叶,线速度为185~250m/min,可得到良好的混合。反应中所产生的水和轻组分通过冷凝器和分水器进行处理。水蒸气由反应釜上部气相排出,通过冷凝器进行冷凝;在分水器中,上层的溶剂溢流到反应釜(或收集槽),下层水通过排放阀进行定期排放收集。反应釜中的料液,经冷却后一般浓度较高,通过加入适量的溶剂和助剂进行稀释以达到生产所要求的黏度和浓度。产品经过过滤后,送往储罐进行储存或专用桶包装存放。

在合成树脂生产的设计中,需要注意的几个问题如下。

(1)反应釜的选择　树脂合成中,有碳钢反应釜、不锈钢复合板反应釜、不锈钢反应釜(含特殊钢材反应釜)、搪玻璃反应釜。较常用的为搪玻璃反应釜和不锈钢反应釜。其中搪玻璃反应釜主要用于反应压力与温度均较低、对反应物有腐蚀的反应。与不锈钢相比,其造价较低,缺点是升温(或降温)较快时有脆裂的危险,抗冲击能力较差。不锈钢反应釜以其耐高温、高压、传热性能优越且耐冲击、抗腐蚀等优点而得到广泛使用,其缺点是造价昂贵,对含卤族元素,如Cl^-的物料易产生晶间腐蚀而脆变。对反应釜的选择,主要从反应物料、反应条件、相应反应釜类型和材质等方面考虑。另外,反应釜一般要求配置釜体和机械搅拌装置。

(2)加热方式　对于小体积(<3m³)的反应釜,采用电加热的形式,从运行费和效率方面考虑,有较大的优势。大体积和连续生产的反应釜,则采用蒸汽或热媒加热较佳。另外,还有直接用火加热的加热方式。

(3)冷凝器的选择　不同树脂类型的反应,所产生的热量(需移去部分)不同。因此,需根据反应的平衡来估算移去热量。冷凝器的传热面积依据冷凝物料的量、冷凝时间及冷却水的温度等数据进行计算。一般情况下,生产醇酸树脂1m³的反应釜的配备为约5m³换热面积的冷凝器。

2.色漆分散设备

涂料生产中,根据涂料的生产要求,对成膜物质(树脂)和颜料、填料等进行混合,使颜料湿润,并使涂料达到一定的细度,制成色漆(母漆)。制漆设备有各种分散机和分散缸。通常,涂料的细度对涂料的分散程度有直接的影响,细度越细,颜料在涂料中越均匀,涂料的附着能力和凝结能力越高。因此,高级涂料一般要求对母漆进行研磨。

3.研磨设备

研磨的主要设备有磨砂机和辊磨机(三辊机)。一般黏度较小的母漆浆料,采用砂磨机进行砂磨;黏度较大的用辊磨机。对于研磨后的母漆,需要进行调配和分散,以达到使用黏度的性能要求(添加溶剂进行稀释,添加助剂改善某种性能,达到调漆的目的)。