高剪切分散机

高剪切分散乳化就是高效、快速、均匀地将一个相或多个相(液体、固体、气体)进入到另一互不相溶的连续相(通常液体)的过程。而在通常情况下各个相是互不相溶的。当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液（固/液），乳液（液体/液体）和泡沫（气体/液体）。从而使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细的分散乳化，经过高频的循环往复，最终得到稳定的高品质产品。 间歇式高剪切工作过程 http://www.iknchina.com/untitled12_clip_image003.jpghttp://www.iknchina.com/untitled12_clip_image004.jpghttp://www.iknchina.com/untitled12_clip_image005.jpghttp://www.iknchina.com/untitled12_clip_image006.jpg在高速旋转的转子产生的离心力作用下，图中的物料从工作头的上下进料区域同时从轴向吸入工作腔。强劲的离心力将物料从径向甩入定、转子之间狭窄精密的间隙中。同时受到离心挤压、撞击等作用力，使物料初步分散乳化。 在高速旋转的转子外端产生至少15m/s以上的线速度，最高可至40m/s，并形成强烈的机械及液力剪切、液层摩擦、撞击撕裂，使物料充分的分散、乳化、均质、破碎、同时通过定子槽射出。物料不断高速地从径向射出，在物料本身和容器壁的阻力下改变流向，与此同时在转子区产生的上、下轴向抽吸力的作用下，又形成上、下两股强烈的翻动湍流。物料经过数次循环，最终完成分散、乳化、均质过程。 十大应用领域 1 精细化工 颜料 染料 涂料 油漆 塑料 树脂 油墨 糊料 浆料 热熔胶 阻燃剂 胶粘剂 整理剂 表面活性剂 均染剂防粘剂 消泡剂 光亮剂 橡胶助剂 塑料助剂 染料助剂 絮凝剂 混凝剂 表面活性剂 溶剂 硅油乳化 树脂乳化 碳黑分散 2 石油化工 润滑油 重油混合 重油乳化 油包水 包油水 柴油乳化 改性沥青 乳化沥青 催化剂 蜡乳化 3农药化肥 化肥 农药乳化 农药助剂 农药中间体 药乳油 杀虫剂 除草剂 种衣剂 杀菌剂 植物激素 尿素 复合肥 乳油湿性粉剂 4 生物医药 细胞浆化 血清疫苗 蛋白质分散剂 药乳膏 抗生素 糖衣5 日用化工 护肤霜 护肤膏 洗涤剂 防腐剂 美发用品 牙膏 日用香精 6 食品工业 食品添加剂 香精 香料 果汁 果酱 冰淇淋 乳制品 巧克力 植脂末7 涂料油墨 内外墙涂料 乳胶漆 纳米涂料 建筑胶 光固化涂料 油墨 墨水 碳黑 涂料助剂 釉 膨润土 8 造纸工业 纸浆 胶黏剂 松香分散 碳酸钙 填料助剂 颜料混合 树脂乳化 9 环境保护：废水、污水处理、改质、回收利用10其 他：造纸、陶瓷泥釉、除锈剂、滑石粉

影响物料细度及均匀度的几项主要指标 一、剪切强度（P）：由转刀高速旋转带动物料，形成强大动能。因此转刀线速越大、物料得到动能越大、剪切强度越大、物料细度越好。 二、速度梯度（τ）：高速旋转刀与精密配合定刀间的间隙，使物料产生较大的速度梯度。间隙越小、速度梯度越大，因此形成剪切力越大。（此项需根据物料特点选型） 三、定转刀的不同组合：各种不同转刀与定刀的组合适用于各种不相同的工艺及物料特点。并直接影响剪切能力、细度、乳化效果。 四、剪切周长（L）及剪切次率（n）:在剪切乳化过程中剪切周长及单位时间内剪切次率直接影响物料的细度及均匀度。 五、剪切型与射流型：剪切型乳化机能提供较好的乳化分散细度。射流型乳化机能提供较好的搅拌翻滚力度，物料均匀度较好。 剪切型高剪切乳化机：其电机功率70～80%用在剪切力上，所出产品细度好，稳定性好，但翻滚力小，以机械剪切为，定子封死，机械强度好，压力负载大。 射流型高剪切乳化机：其电机功率70以上用在翻滚力上，所出产品均匀度好，稳定性差，但翻滚力大，以叶力剪切为主，定子开放，循环量较大，压力负载小。 定子的上部、下部以及周围都可设置不同形状的挡板，目的是抑制液面上产生旋涡，避免空气的卷入。 高剪切型搅拌机是：如果将搅拌机的罩壳做成类似于梳状的许多窄缝，并称之为定子，而位于罩壳内的搅拌叶作为转子。转子与定子的间隙很小。转子的转速高速运转，从而产生极大的抽吸力，将液体从窄缝状罩壳的上方、下方吸入壳内，再从其侧面吐出。当液体通过定子与转子之间的狭窄缝隙时，受到高剪切力的作用而破碎，达到分散混合及乳化的效果。 定子、转子的结构特征 作为转子的搅拌翼，其形式有涡轮式、带锐边的三爪式或圆柱面的梳齿状，目的是提高剪切效果。柱面梳状搅拌翼可以做成一层，二层或多层，应根据不同的分散、乳化细度要求来选用不同的形式。 定子的形式微细乳化可选择为柱面细小窄缝梳状，并可根据物料的黏度来调整缝的宽窄，一般细缝适合于低黏度液，宽缝适合于高黏度液体。此外，定子也可以做成多层，与多层的转子啮合，共同完成剪切乳化作用。 不同的定子与转子的应用 不同形式，不同层数的定子与转子，对应有不同的应用场合。通常，转子为带有尖锐边缘的三爪形式时，适合于冲击破碎的场合；转子为圆柱面梳状形式时，适合于分散乳化场合，并且定子与转子啮合的层数越多，乳化颗粒度越细，效果越好。 高剪切搅拌机的安装位置、用途及处理量 这种搅拌机有四种安装形式，即① 中心安装；②偏心安装；③倾斜安装；④槽底安装。此类搅拌机广泛用于液／液体系中低黏度物料的分散，溶解及乳化；液／固体系固体颗粒的悬浮、湿法研磨及催化加速反应。搅拌机的液处理量范围在0．2 m3—4 m3设备的最大容量为8 m3。当搅拌机安装在槽底部时，搅拌液的处理量具有很大弹性，可以对15 L～2 5OO L范围内的任意液量进行分散乳化。 组合形高剪切搅拌机 前面述及的高剪切型搅拌机完成的是搅拌机周围局部区域的分散溶解及乳化，为了使搅拌槽内所有液 体都能得到均一良好的分散混合，需要设置辅助搅拌，以此来增加涡流，帮助液体循环，使整个体系均一化。

缔合型增稠剂控制乳胶漆的流变行为的卓越能力主要来自于它们能起到类似"聚合型表面活性剂"的作用。一方面，它们能以表面活性剂相同的方式与涂料中其他组分相互作用；另外，这些流变改性剂中的疏水基团相互缔合的方式也与表面活性剂的疏水性基团形成胶束的方式类似。 缔合型增稠剂与表面活性剂不仅具有类似的行为方式，而且还与相同的组分发生相互作用。两者都是通过吸附到涂料组分的颗粒表面而起作用，因此某些情况下，缔合型增稠剂与表面活性剂会相互影响从而产生不同的涂料性能。 表面活性剂与缔合型增稠剂会相互影响从而引起涂料性能的变化应引起涂料生产商的重视。例如，配方中表面活性剂用量过多会导致缔合型增稠剂从乳胶颗粒表面置换出来进入连续相，从而抑制了缔合型增稠剂产生缔合作用的能力。发生这种现象时，缔合型增稠剂会类似于传统的羟乙基纤维素(HEC)型增稠剂导致涂料流平性、光泽以及遮盖性能的下降。 缔合型增稠剂与表面活性剂两者相互作用而可能导致的潜在问题已在许多科学文献(如Peter R.Sperry et a1.Ad.OrgCoating Sci.& Technol，Series 9，1987)中进行过详细的探讨。相比之下，分散剂对缔合型增稠剂的性能产生类似的影响所受的关注较少。最近的研究表明，导致乳胶漆不稳定的一个常见原因可能是分散剂与增稠剂间的不相容性。从实验结果中我们也发现：2种最常用的缔合型增稠剂疏水改性环氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物(HEUR)增稠剂与疏水改性碱溶性丙烯酸乳液(HASE)增稠剂能最有效地与不同类型的分散剂作用；HEUR类增稠剂对应于多元酸共聚物分散剂，HASE类增稠剂则对应于多元酸均聚物分散剂。1 分散剂与流变改性剂的相容性 分散剂与流变改性剂之间不可避免地存在着相互影响。实际上分散剂是一种特殊类型的界面活性剂，它们能与涂料中其他组分包括流变改性剂相互作用。在涂料中分散剂具有基本相同的作用机理，它们能吸附到配方中颜填料颗粒的表面，通过电荷排斥、空间位阻或两者共同作用来防止颜填料颗粒聚结。 大多数涂料分散剂多为低相对分子质量(1000-50000)、含有羧酸基团的聚合物的铵或碱金属盐。这些产品通常可分为2类：多元酸均聚物与多元酸共聚物。多元酸均聚物的单体主要包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、衣康酸或马来酸。多元酸共聚物由前者酸的单体与其他单体共聚而成。根据共聚单体种类的不同，多元酸共聚物则表现出不同的亲水性和疏水。 从与流变改性剂的相容性角度来讲，2类分散剂最重要的区别在于它们的羧酸基团含量。多元酸均聚物分散剂要比多元酸共聚物产品的酸含量更高，这对于HASE类增稠剂而言是一个有利因素，而对于HEUR增稠剂类产品则不利。除了酸含量外，分散剂是否具有表面活性剂类似的性质也很重要。具有表面活性类似性质的分散剂含量高时会对HASE类增稠剂产生负面的影响。2 HASE与分散剂的相互作用2.1 酸含量的影响 酸含量高的分散剂有利于与HASE类增稠剂配合使用。HASE类增稠剂结构中一方面含有疏水性单体能使其吸附到乳胶颗粒表面，同时像分散剂一样结构中含有羧酸基团。因而增稠剂能以与分散剂相同的方式吸附到无机颜填料表面。 事实上，分散剂与缔合型增稠剂在颜料及填料颗粒的表面形成相互竞争吸附的关系。与分散剂分子相比，HASE类增稠剂由于其相对分子质量较高，它的分子链要长得多，分子链上能吸附多个无机颗粒，从而导致桥式絮凝。因而如果分散剂不能在吸附竞争中胜出，涂料的性质就会受到负面影响。 与多元酸共聚物相比，多元酸均聚物的羧酸基团含量较高，因而更能牢固地吸附到无机(颜料与填料)颗粒表面。因此，多元酸均聚物分散剂比较不容易被HASE类增稠剂取代，涂料也不易产生桥式絮凝。2.2 具有表面活性剂结构的分散剂 羧酸含量相对较低并不是惟一限制多元酸共聚物分散剂与HASE类增稠剂一起使用的原因。 一些分散剂产品同时具有疏水性及亲水性，因此会表现出许多类似表面活性剂的性质。 前面已经提到，在与HASE类增稠剂竞争吸附到乳胶颗粒的表面时，表面活性剂具有吸附竞争优势。因而当增稠剂从乳胶颗粒表面置换出来进入涂料的水相时，它就只能通过纤维素增稠剂所适用的体积限制絮凝机理进行增稠。用这种方式增稠的涂料具有剪切变稀并且易于絮凝的特点。因此，它们表现出流平性、光泽度以及遮盖力相对较差。HASE与HEUR类增稠剂都易于被表面活性剂从乳胶颗粒表面置换出来，但HASE类产品的问题则更为严重，因为它们对乳胶颗粒表面吸附作用较弱。分散剂如Tamol 681具有与表面活性剂类似的性质，因而使用这些分散剂时会与表面活性剂一样对涂料的流变特性产生同样的影响。Tamo1 681与HASE类增稠剂配合使用的影响如图2所示(使用HASE类增稠剂Acrysol RM-5进行增稠，配方除分散剂外均相同)。因为Tamol 681分散剂的用量相对较高，容易导致增稠剂的解吸。因而含有Tamo1 681的配方显示出纤维素增稠涂料所具有的高低剪切黏度以及低高剪切黏度特性，应用时会产生刷痕及涂膜丰满度欠佳问题。相反使用Orotan 1124分散剂的配方其黏度特性近似为牛顿流体，这表明该配方具有良好的拽刷性能以及流平性。2.3 HEUR与分散剂相互作用 与HASE类增稠剂配合使用时，高酸含量的多元酸均聚物分散剂十分有利，然而与HEUR增稠剂配合使用时，建议使用酸含量较低的多元酸共聚物分散剂。 HEUR类增稠剂其聚氧乙烯主链具有亲水性，正常情况下能与水形成氢键。然而在离子浓度较大的环境下，水则更易与离子结合，因此引起主链脱水使增稠剂不能溶解。增稠剂不能很好地发挥作用，在微观尺度上发生相分离，产生絮凝导致流动性及光泽下降或分水。 这些现象可以通过制备2个基于Rhoplex SG-10M乳液和HEUR增稠剂AcrysolRM-1020的半光涂料配方进行说明。配方1使用多元酸均聚物分散剂Tamol 1254；另一配方使用多元酸共聚物分散剂Orotan 731A。由表1可以发现，用相容性较好增稠剂/分散剂(Acrysol 1020/Orotan 731A)配合使用的配方所体现出的黏度、光泽及着色性符合典型的高质量半光涂料特点，而第二种配方在这些方面毫无疑问是较差的。这就清楚地表明分散剂和增稠剂匹配不当给涂料带来较大的负面影响。 显然，任何离子含量高的原料都会导致HEUR类增稠剂溶解性的下降。多元酸均聚物分散剂由于其羧基含量高而成为这些离子的主要采源，但这些离子也可以来自于离子型表面活性剂、颜料浆、辅助分散剂(如三聚磷酸钠)以及纤维素增稠剂溶液浆。这些组分含量的略微变化都会对涂料性能产生较大的影响。 例如，我们来看2个纯丙乳液24PVC、32％VS配方。2个配方都使用HEUR类增稠剂Acrysol RM-1020和多元酸共聚物分散剂Orotan 731A，这2个配方的惟一区别在于二氧化钛的形态。配方1中使用二氧化钛粉料；配方2中使用二氧化钛浆料(表2)。后一种情况中，涂料对比率与光泽明显下降，表明涂料受到了相分离而导致絮凝。通常使用浆料时常造成黏度的下降,在这个例子中黏度没有明显变化。 对于这些问题，涂料生产厂商所采用一些方法加以避免。如改用多元酸共聚物分散剂，其低酸含量可防止不利影响；同时减少或避免小分子分散剂如三聚磷酸钠以及离子型表面活性剂的使用也很有益。