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用于油漆涂料生产的一种新型分散技术——德国伊思创公司的Conti-TDS

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2022/01/05

综合仪器采购

用于油漆涂料生产的一种新型分散技术——德国伊思创公司的Conti-TDS

高速分散机发明于上世纪中叶且仍在当今涂料的生产上使用。此类设备存在太多缺点和制约，对成品产生负面影响。

德国伊思创公司的Conti-TDS 是一种新型的、先进的分散技术，已开始在涂料生产上替代传统的高速分散机。这项新技术能够极大的降低生产成本和减少加工时间，达到更高水平的分散度，改善产品品质和节约原料等的附加效果。相比之下，这项新技术的能耗降低至只有传统高速分散机的30%左右。

最后，这项新技术灵活性高并且可以根据需要容易的扩展。与同样产能的传统高速分散机相比，投资成本要低40%以上。

分散是油漆涂料生产中最重要的工序，其对成品品质的影响最大。分散的效果越好，最终涂层中分散的颜料、填充剂、流变改性剂和所有其他功能添加剂的效率就越高。

传统的高速分散机是简单的自由旋转的圆盘片，其圆周上有向上和向下弯曲的齿。由于转动的分散盘与容器的静态壁之间的距离较宽，剪切速率非常低：大约只有50S^-1。在如此低的剪切速率下产生的剪切力，高速分散机需要非常高粘度的液体或至少产品具有剪切增厚或膨胀的流变特性。

然而油漆与涂料具有与之截然相反的流变性:它们是低粘度的、具有剪切变稀和触变性。高速分散机无法在低粘性油漆或涂料中产生显著的剪切效应。利用高速分散机进行剪切分散，必须极大提高产品的粘度。因此，高速分散机的分散过程从一开始就需要加入比必要的更多的增稠剂，而且仅加入一部分液体以得到更高的粘度。

这实际上是完全自相矛盾的，因为必须被分散的大多数的添加成分都是些非常精细的粉料 (颜料、硅土、填料和填充剂)，在添加微细的粉料之前先将液体制备成高粘度是很荒谬的。粘度越高，对微细粉料的润湿与分散就越差。高粘度的液体无法进入最小的毛细管，无法像低粘性液体一样快速和完全的润湿颗粒。其后果导致稳定的团块，品质低，分散和研磨时间加长，产生热量并且浪费能量。

在分散开始时添加增稠剂有负面作用的另一个原因：大多数的增稠剂是剪切敏感的聚合物，在分散过程中，聚合物会有一部分受到破坏，它们的功效以不可控的方式下降。因此，增稠剂的添加必须比必要的更多，当高速分散结束时，得到的是无控制的和不可预测的粘度。最后，粘度必须再调整。

在其它行业，高速分散机已消失多年。如今油漆和涂料生产的分散技术已开始在全球范围内向Conti-TDS转变。

Conti-TDS技术

伊思创公司Conti-TDS 技术是基于一种在线分散机，能够在高速剪切和真空条件下吸入粉体，使粉体在液体中分散。该机器安装在工艺罐之外，让液体以高速打循环。无需额外的泵。

机器的核心是内部装配有高剪切部件的分散腔。在该高剪切分散区能产生50’000S^-1的剪切速率。这个剪切速率比高速分散机高1’000倍，不需要提高液体粘度或额外添加更多的增稠剂。

机器在此分散腔内产生一个非常强的真空。利用这个真空，机器可以直接从袋子、包袋的倾倒站、粉料斗、各种桶、容器和大袋中吸入粉体，使粉料进入液体。

图 1：伊思创-Conti-TDS 与循环罐和大袋解包站

消除了如抽真空的高速分散机所需要的，将数量完全不受控的粉料或液体中产生的废蒸汽抽入过滤器或排气系统的真空罐和真空泵。粉体吸入是无尘的，因为100%的所有粉料都会被导入液体中，从而杜绝了工作区域的粉尘污染。

粉末被吸入液体的循环回路，成为液状分散体到达容器。不再有粉尘出现在液体之上; 不再出现局部浸湿的团聚体和结壳积聚在液体表面后又落入液体中和品质降低这些高速分散机的常见问题。

将粉料分散至液体中始终是在等同的、恒定的并且是受控的条件下进行的，与操作人员的动作快慢无关。产品质量可完全重复再现，即便对于不同大小的批量。

达到恒定的品质一直是高速分散机存在的最大问题之一。颗粒度、色强度、粘度、消光效应和成膜效果都受到操作者添加粉料方式的影响。从批量到批量，从操作员到操作员，品质都在变化。

图2：伊思创 conti-TDS 与液体和粉体连接

较慢地添加粉体导致加工时间过长，温度更高，粘度更低；较快地添加粉体又会导致更多的结块和进一步延长加工处理时间，更长时间的剪切，更高的温度和更低的粘度。高速分散机的批次总是必须经过质检，然后调整，再质检和再调整。这些步骤花费时间，且在等待QC结果的过程中阻挡了工艺罐进程。

Conti-TDS的一些结果

Conti-TDS可以生产出完全均一恒定的质量。粘度是恒定的，增稠剂也不会被破坏，这意味着通常高达20%的增稠剂可以省去，这个数量也是通常被过量添加和被高速分散机长时间溶解所破坏的量。

图3显示了钛白粉的吸入和分散的典型粒径分布

图3：钛白粉被吸入后分散30秒、60秒和120秒的粒径分布

使用Conti-TDS 生产的钛白粉分散体的色强度总是要高很多。因此，与高速分散机相比，即便减少钛白粉的用量都能达到更好的品质性能。

钛白粉是生产油漆、涂料和油墨最重要的颜料。它覆盖了全球颜料59%以上的需求。钛白粉的价格自2009年以来就处于上涨。使用Conti-TDS加工钛白粉的厂家的报告了他们巨大的节省。因为这种更好的分散，他们节省了时间、能耗以及大量的原料。

然而所有其它颜料、消光剂、填充剂和填料，都能被分散得更快，达到更好的效果—对于所有水基和溶剂基的油漆、涂料和印刷油墨。

安装与运行

机器安装在与一台工艺罐的循环连接的回路中。如此，机器的运行不受罐体大小和罐的料位影响。以最小的花费让产能翻番的办法经常是将一台机器安装在两台工艺罐之间（如图4）。你只需一台机器、一个控制系统及一个粉料加料口就能让产能翻番。

在一个循环罐的生产过程当中，另一个循环罐已将上一个批量排空并完成下一个批量液体的加入。在粉料吸入结束后的平均50秒内，所要求的粒径已达到且产品已准备好转移。

图4：位于两台工艺储罐之间的 Conti-TDS-5

当本批量的产品准备排料的同时，机器自动切换至第二个循环罐并以此开始操作。如此只用一台机器就可达到每小时生产20’000kg的成品涂料，甚至是以连续不间断的方式生产。

所有的Conti-TDS系统都有涂料行业认可的且可以并入一体的自动清洗装置。为了保持工艺系统的洁净，每个批量都包含一个清洗步骤。通过清洗喷头加入配方中的部分液体，保持循环罐和所有相关部件的清洁。即使下一批是相同的产品，循环罐也会被自动清洗。如在不兼容的原料或不同颜色之间进行产品更换，则可以另外加入液体追加清洗。

工艺罐内装有高效的捷流混合器，它能垂直推动和转动液体。这些混合器起到瞬间均混的作用。这一作用非常重要，因为粉料是高速导入的。以水平方向旋转为主的简单搅拌器难以达到均匀混合，也不足够快。

经济优势和灵活性

除了技术优势外，新型的Conti-TDS技术也具有明显的经济优势。与高速分散机工艺相比，涂料的生产成本通常降低到10％以下。此外，原料用量可被显著减少，因为更好的分散、更高的着色强度和更少的增稠剂需要。典型的是将生产时间缩短到20％以下。据用户的报告能耗节省至不到原来的35％.

总之Conti-TDS保证达到更高的产品质量、更大的生产灵活性和更高的安全水平。

一台Conti-TDS的占地面积只有几个平方米。由于更快的加工速度，一台Conti-TDS 能够在非常小的空间上代替多台高速分散机。

投资费用相比低许多。对于一台新的装置，与传统高速分散机相比，投资成本大约不到其60%。投资回报一般不超过6个月。另一个优点是项目实现时间短：通常从决定到投产运行只需要半年到一年的时间。

今天，灵活性越来越重要。采用这样的系统，可以非常有效地生产不同配方的产品和各种大小的批量。由于设计紧凑，很容易实现未来扩产的需要。

由于机器的操作不受工艺罐大小的影响，可根据需要增大工艺罐。只需要更换工艺罐和罐内的混合器，再无其它需要。系统的核心： Conti-TDS和自动控制系统 – 不受影响。

这些机器已在业界的所有领域中得到了极为广泛的应用。所有类型的产品、所有粘度范围和各类型的原料都被加工过。如果未来有全新的要求，工艺的重组也很容易。

生产的油漆和涂料的成品至少能达到相同的质量，绝大多数情况下比传统高速分散机所达到的质量更好。

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