在涂料研發(fā)中，如何快速實(shí)現(xiàn)高效均勻的分散，一直是研發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)。在本屆 2024 CHINACOAT 涂料展上，湛臨儀器將為您帶來(lái)德國(guó)VMA的明星產(chǎn)品——Dispermat CV3高速分散機(jī)。這款設(shè)備以其優(yōu)良的分散效率和精準(zhǔn)性能，為涂料配方優(yōu)化和創(chuàng)新研發(fā)提供了可靠支持。

涂料與油墨印刷行業(yè)的您對(duì)高速分散設(shè)備一定不會(huì)陌生。因?yàn)樵谕苛虾陀湍闹苽溥^(guò)程中，需要將各種固體顆粒（如顏料、填料等）均勻分散到液體介質(zhì)中，以確保最終產(chǎn)品具有所需的性能和質(zhì)量。

比如在顏料分散中，由于涂料和油墨中的顏料通常以固體顆粒的形式存在，高速分散機(jī)能夠有效地將這些顏料均勻地分散到液體基質(zhì)中，確保顏料在涂層或印刷中的均勻分布，以獲得所需的色彩和外觀效果。又比如在制備涂料和油墨的過(guò)程中，固體顆粒往往因?yàn)殪o電力，容易形成絮凝體或沉積。高速分散機(jī)通過(guò)機(jī)械力的作用，有效地防止顆粒的絮凝和沉積，確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

而高速分散機(jī)不僅在涂料與油墨印刷行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，還在許多其他行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。比如化學(xué)行業(yè)、汽車(chē)行業(yè)、制藥行業(yè)、化妝品制造業(yè)、電子材料制造業(yè)等等。總體而言，高速分散機(jī)在許多行業(yè)中都是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)有效的顆粒分散和混合，確保生產(chǎn)的產(chǎn)品具有一致的質(zhì)量、性能和外觀。

德國(guó)VMA-GETZMANN踐行著高速分散技術(shù)的創(chuàng)新，其DISPERMAT®系列高速分散機(jī)在潤(rùn)濕、機(jī)械尺寸減小和產(chǎn)品穩(wěn)定等方面展現(xiàn)出優(yōu)異性能。今天，湛臨儀器就帶您深入了解DISPERMAT®系列的高速分散機(jī)。我們將為您深入介紹高速分散的過(guò)程、甜甜圈效應(yīng)、分散效果以及工作方法，同時(shí)探討如何將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果擴(kuò)大到生產(chǎn)規(guī)模，幫助您更好地了解和應(yīng)用這臺(tái)涂料展的大熱優(yōu)勢(shì)展品。

德國(guó)VMA工廠

分散過(guò)程

分散過(guò)程是一系列關(guān)鍵步驟，包括潤(rùn)濕、機(jī)械尺寸減小和產(chǎn)品穩(wěn)定。在高速分散的主要應(yīng)用中，將極細(xì)的固體顆粒巧妙地植入流體中，從而形成膠體懸浮液。膠體懸浮液具有細(xì)碎小顆粒在受到重力作用時(shí)不沉降的特性。在這個(gè)復(fù)雜的分散過(guò)程中，涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

· 潤(rùn)濕階段：液體中流體成分與固體顆粒表面發(fā)生相互作用，確保充分潤(rùn)濕。

· 機(jī)械分解：通過(guò)相關(guān)顆粒的機(jī)械分解，原有的顆粒逐漸減小，形成更微小的顆粒，包括附聚物和聚集體。

· 穩(wěn)定階段：分散過(guò)程中形成的較小顆粒獲得穩(wěn)定性，有效地防止重新締合，避免產(chǎn)生絮凝。

這些步驟中，液體中的固體顆粒與流體成分之間的特殊相互作用起著決定性的作用，直接影響它們的潤(rùn)濕性和抗絮凝性。這種高效的分散過(guò)程為制備膠體懸浮液提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

顏料模型符合 DIN 53206

甜甜圈效應(yīng)

一切都取決于甜甜圈效應(yīng)！

當(dāng)高速分散機(jī)的分散容器尺寸、分散盤(pán)直徑、圓周線速度、分散盤(pán)的位置以及流變研磨料的特性匹配時(shí)，DISPERMAT®能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的分散效果。在將顏料和填料添加到樹(shù)脂溶液后，通過(guò)增加軸的速度，待分散液體進(jìn)入了層流滾動(dòng)流動(dòng)模式，直到容器壁上看不到任何殘留物。

在正確的速度下，軸周?chē)_(kāi)始形成通道，部分分散盤(pán)變得可見(jiàn)。此時(shí)，研磨料形成了甜甜圈狀的流動(dòng)模式。甜甜圈狀的流動(dòng)模式是一個(gè)信號(hào)，表明最大機(jī)械功率可能被傳遞到液體中，同時(shí)液體正在被高速分散，使得所有的附聚物最終都會(huì)到達(dá)分散盤(pán)。

甜甜圈效應(yīng)的產(chǎn)生源于液體從分散盤(pán)的尖端向外加速。當(dāng)它撞擊容器壁時(shí)，液體流被分成兩部分。向下流動(dòng)的液體沿著分散容器的底部返回到分散盤(pán)的中間，并上升再次撞擊分散盤(pán)。

向上流動(dòng)的第二部分具有相同的圓形路徑，該路徑受到重力和液體的流變特性的限制。甜甜圈效應(yīng)的流動(dòng)模式很大程度上受液體中顏料和填料含量的影響。

當(dāng)固體含量不夠高時(shí)，粘度往往會(huì)太低，導(dǎo)致分散過(guò)程中的飛濺和氣泡生成。此外，機(jī)械功率輸入受到限制，影響了分散盤(pán)的解聚能力。相反，如果固體含量太高，粘度將過(guò)大，無(wú)法形成環(huán)形流動(dòng)模式。研磨料的流動(dòng)也可能受到粘度屈服值的阻礙，導(dǎo)致分散盤(pán)的撕裂作用，有時(shí)甚至可能在不與液體接觸的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)。

分散效果

分散效果主要體現(xiàn)在分散盤(pán)對(duì)附聚物的作用上。當(dāng)分散盤(pán)的齒高速穿過(guò)研磨料時(shí)，產(chǎn)生在其前后的區(qū)域中較高和較低壓力。這些區(qū)域中的交變應(yīng)力作用于團(tuán)聚體，有利于它們的分散。同時(shí)，還需考慮到葉片邊緣和表面在撞擊較大團(tuán)聚體時(shí)的粉碎沖擊力。然而，整個(gè)分散過(guò)程中相當(dāng)大一部分的分散功發(fā)生在分散盤(pán)的表面。由于刀片的快速運(yùn)動(dòng)，這些表面形成了剪切梯度，是分散的關(guān)鍵。

具體來(lái)說(shuō)，作用在盤(pán)下表面和容器底部之間的剪切應(yīng)力在很大程度上取決于兩者之間的距離。通過(guò)減小這種分離，可以增強(qiáng)剪切梯度的效率，因?yàn)殚g隙內(nèi)的剪切速率增加，并且可以選擇更高的旋轉(zhuǎn)速度，因?yàn)閺膶恿鞯酵牧鞯霓D(zhuǎn)變發(fā)生在更高的旋轉(zhuǎn)速度下。

隨著速度的增加，更多的機(jī)械動(dòng)力被引入研磨料中。只要能夠保持環(huán)形流動(dòng)模式（層流），就可以通過(guò)盡可能高的機(jī)械功率輸入實(shí)現(xiàn)最佳的分散效果。機(jī)械功率可以通過(guò)以下公式計(jì)算，其中n是軸的轉(zhuǎn)速，M是動(dòng)量（扭矩）的乘積（π = 3.141...）。

P=2πnM

工作方法

要充分發(fā)揮 DISPERMAT®系列高速分散機(jī)的分散性能并獲得優(yōu)化的研磨料配方，以下是一種簡(jiǎn)單而有效的實(shí)踐程序，能夠產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的結(jié)果：

· 預(yù)處理階段： 首先，將液體組分置于分散容器中。在適度的分散盤(pán)攪拌下，緩慢添加顏料和填料，確保均勻混合。

· 甜甜圈效應(yīng)檢測(cè)： 隨后，逐漸增加分散盤(pán)的速度，直至在更高的轉(zhuǎn)速（圓周線速度約為 18 – 25 m/s）下觀察到甜甜圈效應(yīng)。這個(gè)階段是為了確認(rèn)已經(jīng)達(dá)到了適當(dāng)?shù)沫h(huán)形效應(yīng)。

· 預(yù)混合后的清潔： 在甜甜圈效應(yīng)檢測(cè)后，及時(shí)清潔分散容器壁和軸，以去除可能附著的研磨料，為后續(xù)的高速分散做好準(zhǔn)備。

· 高速分散：接下來(lái)，以高圓周線速度進(jìn)行分散，確保環(huán)形效應(yīng)的持續(xù)形成。在這個(gè)階段，充分利用 DISPERMAT®將高機(jī)械功率傳遞到研磨料中，不要害怕使用高轉(zhuǎn)速。例如，當(dāng)分散量很小，分散容器很小時(shí)，可能會(huì)使用直徑較小的分散盤(pán)，例如 25 mm ，DISPERMAT®必須以 15,000 rpm 的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以達(dá)到 20 m/s 的圓周線速度。

對(duì)于不同的分散盤(pán)的直徑，圓周線速度與旋轉(zhuǎn)軸速度的函數(shù)關(guān)系：

彩色區(qū)域表示圓周線速度的最佳

范圍為 18 – 25 m/s

· 達(dá)到最終分散結(jié)果：通常在 15 至 30 分鐘后，可以達(dá)到最終的分散結(jié)果。過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高速分散并不太可能改善結(jié)果，因?yàn)闃悠贩治霰砻髟诖藭r(shí)已經(jīng)沒(méi)有進(jìn)一步的解聚。

· 進(jìn)一步優(yōu)化：對(duì)于要求較高或較為困難的產(chǎn)品，可以考慮使用 DISPERMAT®系列研磨機(jī)，進(jìn)一步減小顆粒大小，以滿(mǎn)足更高的精度和性能需求。

放大

放大實(shí)驗(yàn)室結(jié)果至生產(chǎn)規(guī)模是一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程，而使用 DISPERMAT ® 獲得的分散結(jié)果可以成功地進(jìn)行擴(kuò)大。關(guān)鍵參數(shù)包括附聚物輸送速率至剪切區(qū)域以及機(jī)械功率的傳遞至研磨料中。

通過(guò)使用DISPERMAT®獲得的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果可以輕松放大到生產(chǎn)規(guī)模。關(guān)鍵在于線速度的控制，以確保在生產(chǎn)規(guī)模中實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室相似的分散效果。實(shí)驗(yàn)室分散盤(pán)通常比生產(chǎn)規(guī)模的機(jī)器更快，因?yàn)楦骄畚锏竭_(dá)圓盤(pán)所需的距離更短。

總體而言， DISPERMAT®系列高速分散機(jī)通過(guò)其先進(jìn)的技術(shù)和獨(dú)特的甜甜圈效應(yīng)，為顆粒分散過(guò)程提供了高效、可控的解決方案。通過(guò)合理的工作方法和放大實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，用戶(hù)可以在生產(chǎn)中取得較好的分散效果。

德國(guó)VMA

用優(yōu)良工藝助力高效分散

考慮到復(fù)雜的分散工藝和高效的分散需求時(shí)，德國(guó)VMA的DISPERMAT®高速分散機(jī)系列無(wú)疑成為涂料、油墨印刷、化學(xué)工業(yè)等等行業(yè)的選擇之一。通過(guò)獨(dú)特的潤(rùn)濕性、抗絮凝性和甜甜圈效應(yīng)，德國(guó)VMA的高速分散機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能和可靠性。其創(chuàng)新的工作方法和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果到生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，幫助用戶(hù)能夠更加靈活地應(yīng)對(duì)不同材料和產(chǎn)品的分散挑戰(zhàn)。

無(wú)論是追求最佳分散效果還是提高生產(chǎn)效率，DISPERMAT®系列分散機(jī)為用戶(hù)提供了全面的解決方案。通過(guò)高速、精確和可控的工作方式，它確保了顏料、填料等成分的均勻分散，為最終產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性能提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

CHINACOAT 2024，歡迎蒞臨湛臨儀器3.1B05展位，親眼見(jiàn)證Dispermat CV3如何助力涂料研發(fā)走向新高度！