В этой статье представлен обзор такого понятия как помол (перетир) и его важность в процессе производства краски.

В лакокрасочной промышленности размер частиц пигментов и наполнителей, входящих в состав рецептур, имеет большое значение, поскольку он определяет характеристики конечного продукта, такие как укрывистость, блеск и текстуру нанесенного слоя краски.

В сфере красок степень помола определяет размер частиц порошкообразного твердого вещества, а шкала, используемая для измерения этого размера, – микрон (мкм), одна тысячная миллиметра (1/1000 мм).

Размер частиц порошкового сырья может влиять на определенные свойства красок, такие как:

  • Укрывистость и красящая способность белых и цветных красок.
  • Блеск и однородность поверхности.
  • Равномерность покрытия после нанесения и высыхания.
  • Вязкость (связана с индексом абсорбции).
  • Склонность к седиментации.
  • Физико-химическая реакционная способность пигмента с базой.

Размер частиц также можно использовать для достижения различных отделочных эффектов. Например, эластичные (резиновые) краски с однородным помолом обеспечивают лучшую гидроизоляцию. Также тонкий помол наполнителей в этом типе красок обеспечивает гладкое сатиновое покрытие, что помогает уменьшить степень загрязнения поверхности.

При производстве красок понятие «помол» используется для определения размера твердых частиц, входящих в состав жидких или порошковых красок. В случае жидких продуктов, эти частицы диспергированы (равномерно распределены) в жидкой среде, что, как будет объяснено ниже, является результатом стадии  диспергирования, осуществляемой при производстве красок.

Как оценивается помол  красок и смежных  продуктов?

Существуют разные методы измерения размера частиц, и результат может отличаться в зависимости от используемого метода. Почему? Если рассматривать твердые частицы, входящие в состав краски, под микроскопом, то видно, что они имеют неправильную форму и почти никогда не бывают сферическими или округлыми. Максимальной длиной частицы можно считать ее размер, который называется диаметром, даже если это не совсем диаметр, поскольку она не сферическая. И наоборот, можно также определять минимальный диаметр (или промежуточный), таким образом, получая другие размеры частиц.

При применении того или иного метода измерения важно учитывать, какое свойство частицы измеряется с помощью этого метода: минимальная или максимальная длина, объем, площадь и т. д.

Методы измерения частиц

К наиболее широко используемым методам измерения размера твердых частиц в красках относятся:

1 – Микроскопия

Микроскопия позволяет как непосредственно увидеть частицы, так и изучить их форму, что, в свою очередь, также облегчит оценку того, была ли достигнута необходимая (правильная) дисперсия или агломераты все еще существуют.

Микроскопия может быть электронной или ручной. Первая требует медленной и внимательной проработки образца. В случае ручной микроскопии, помимо того, что она позволяет досконально исследовать лишь несколько частиц в день, она более утомительна для специалиста-оператора.

В сфере красок микроскопию можно использовать в сочетании с техникой дифракции (объясненной ниже), поскольку она дает интересное представление о форме частиц в материале после их диспергирования.

2 – Лазерная дифракция

Лазерная дифракция, которую также называют малоугловым рассеянием лазерного излучения (LALLS), является методом, используемым как стандарт во многих отраслях промышленности. Благодаря ему можно охарактеризовать частицы и контролировать их размер (частицы должны находиться в диапазоне от 0,02 до 3500 микрон).

Лазерный анализ основан на дифракции света на твердых частицах. Принцип дифракции лазерного луча заключается в обработке образца, сухого, либо взвешенного в инертной жидкости, с помощью монохроматического лазерного луча. Согласно теории Фрахунгофера, в детекторе создается дифракционная диаграмма и проводится анализ размера частиц. Его точность составляет порядка одной сотой микрона.

Лазерная дифракция – это абсолютный метод, основанный на фундаментальных научных принципах. Как видно, он имеет большой динамический диапазон и очень гибкий. Это неразрушающий метод, поэтому образец можно сохранить для дальнейшей оценки. Этот очень быстрый метод, позволяющий получить результаты менее чем за 1 минуту.

Однако этот метод очень сложно использовать с высоковязкими продуктами.

3 – Гриндометр

Гриндометр  – это прибор, позволяющий измерять и определять размер частиц и тонкость помола в красках, покрытиях, пигментах и т. п.

Измерение проводится путем нанесения нескольких капель тестируемого продукта в самую глубокую часть канавок. Затем краска проталкивается к концам канавок с минимальной градуировкой с помощью скребка, при этом сам гриндометр слегка наклонен.

Этот метод используется для определения толщины влажной пленки, при которой размер частиц пигмента немного превышает толщину самой пленки.

Результаты измерения с помощью гриндометра могут быть получены в микронах или в традиционных  единицах NS и PCU.

Анализ размера частиц краски в жидком состоянии имеет основополагающее значение для оценки эффективности процессов диспергирования и помола. Тонкость помола различных компонентов всегда будет зависеть от характеристик порошкообразного сырья в формуле.

Эти процессы описаны ниже.

Дисперсия и размер частиц

В процессе диспергирования, который является первым этапом производства краски после смешивания компонентов, твердые агломераты уменьшаются, и частицы распределяются в жидкости равномерно и гомогенно. Вращение механических элементов (пилообразных фрез) уменьшает размер агломератов пигментов и наполнителей, присутствующих в формуле.

Диспергирование – один из важнейших этапов производства красок, поскольку оно объединяет и стабилизирует материалы, из которых состоит продукт: пигменты, наполнители, растворители, добавки и т. д.

Процесс диспергирования красок включает использование как смесительного оборудования, так и мельниц. Фазы диспергирования описаны ниже.

Фазы процесса диспергирования

Процесс диспергирования включает 3 фазы или стадии:

1) Смачивание

Смачивание – это процесс, при котором воздух и влага, окружающая пигмент, заменяются раствором, сочетающим связующие компоненты и растворители.

Для оптимизации данной стадии, используются смачивающие агенты. Они снижают межфазное натяжение между пигментом и раствором связующего таким образом улучшая совместимость жидких и твердых веществ.

2) Фактическое диспергирование или деагломерация

На этом этапе разрушаются агломераты (совокупность частиц, прочно удерживаемых между собой) и частицы разделяются друг от друга. Этот процесс происходит параллельно со смачиванием.

Энергия, необходимая для деагломерации, может быть получена в результате действия силы удара, сдвига или трения:

● Деагломерация «силой удара» применяется  в барабанно-шаровых мельницах.

В таких мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана. При вращении мелющие тела (шары, иногда стержни) и измельчаемый материал (называемые «загрузкой») сначала движутся по круговой траектории вместе с барабаном, а затем падают по параболе. Часть загрузки, расположенная ближе к оси вращения, скатывается вниз по подстилающим слоям. Материал измельчается в результате истирания при относительном перемещении мелющих тел и частиц материала, а также вследствие удара при падении мелющих тел.

Данный метод подходит только для низковязких материалов, которые не способны значительно замедлить движение мелющих тел.

● Деагломерация «сдвигом» осуществляется при использовании  высокоскоростных дисков (фрез) в диссольверах или между валами трехвалковых мельниц. В продуктах с высокой вязкостью усилие сдвига передается соседним слоям.

Больше полезной информации про диссольверы и процесс диспергирования вы сможете найти в наших статьях: часть 1 и часть 2.

● Деагломерация за счет трения происходит в бисерных мельницах и применяется  для получения ультрадисперсных продуктов в жидкой среде. Мельница заполнена бисером на 70-80 % объёма. При размоле в камеру заливают суспензию размалываемого порошка, которая заполняет весь свободный объём. При вращении ротора мельницы происходит движение бисера, который за счет плотного контакта перетирает частицы материала, разбивая агломераты. Цель состоит в том, чтобы пигменты и наполнители достигли своих первоначальных размеров и однородно распределились в  базовой жидкости.

Подходит для продуктов средней вязкости.

Больше об особенностях процесса помола и о том, как его оптимизировать вы сможете узнать в нашей следующей статье.

3) Стабилизация

Стабилизация нужна для устойчивого и длительного сохранения разделения между деагломерированными частицами в жидкой фазе. Для этого добавляются специальные диспергирующие добавки, предотвращающие флокуляцию (слипание) диспергированных частиц. Действие этих добавок проявляется уже в процессе размола и сохраняется до тех пор, пока продукт (например, краска) не будет использован, предотвращая расслоение и выпадение осадка.

Оборудование Oliver + Batlle

Оборудование Oliver + Batlle для диспергирования и смешивания включает широкую линейку диссольверов Dispermix с моделями VFVF-E и  линейку Polimix DPS-OR  для продуктов средней и низкой вязкости, а также серии Polimix DPS и Dispermix Dual VFD для высоковязких продуктов.

Среди мельниц Oliver + Batlle стоит выделить бисерные мельницы погружного типа Mill-Ennium и горизонтальные мельницы Supermill. Больше про различия в конструкции этих мельниц вы также сможете узнать в нашей следующей статье.

По вопросам приобретения оборудования для производства ЛКМ – обращайтесь к официальному представителю Oliver + Batlle  в Украине – компании Текса!