過(guò)去幾十年的法規(guī)要求促使涂料工業(yè)的焦點(diǎn)從傳統(tǒng)的低固體份溶劑型配方轉(zhuǎn)向到水性體系、高固體份涂料、能量固化型油墨和其它低揮發(fā)性有機(jī)化合物含量（VOC）的技術(shù)。這種對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的重要轉(zhuǎn)變正好與客戶(hù)不斷變化的需要及令人興奮的新功能開(kāi)發(fā)方向相一致?，F(xiàn)在隨著對(duì)專(zhuān)業(yè)化和高附加值涂料的需求越來(lái)越大，生產(chǎn)商正在密切關(guān)注他們的處理工藝，特別是混合攪拌和研磨步驟?！拔覀兛梢宰龅母脝?？”這是個(gè)更加懇切的要求，因?yàn)橥苛仙a(chǎn)商在進(jìn)行成本管理的同時(shí)正在努力改善性能和符合法規(guī)要求。
賦有熱致變色、熒光、顏色變化、防銹或其它新的性能，現(xiàn)代涂料和油墨可能含有具有獨(dú)特組合的新型原材料，但是從根本上來(lái)講它們?nèi)匀皇切枰蕾?lài)于良好混合攪拌的配方。對(duì)某一產(chǎn)品采用不同程度的攪拌混合和分散會(huì)影響它的顏色、光澤、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、附著力、固化速率、耐候性和其它性能特征。因此需要有良好的商業(yè)意識(shí)來(lái)優(yōu)化攪拌工藝。即使是傳統(tǒng)的產(chǎn)品和完善的工藝也能從對(duì)攪拌操作的重新戰(zhàn)略評(píng)估中收益受益。
在涂料和油墨的生產(chǎn)過(guò)程中使用各種不同的分散工具。這些技術(shù)中的有一些對(duì)于古老的工藝問(wèn)題來(lái)說(shuō)是相對(duì)較新的解決方案。攪拌機(jī)的選擇要基于許多因素，其中包括黏度曲線、剪切要求、添加順序和生產(chǎn)量。
高速分散機(jī)
高速分散機(jī)，以前稱(chēng)為高速溶解器，是涂料行業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)重負(fù)荷機(jī)器。它是一種既經(jīng)濟(jì)又相對(duì)簡(jiǎn)單的混合設(shè)備部件，主要作用是將粉末加入到液體中，使松散的附聚物分離開(kāi)來(lái)以得到一種可接受水平的分散體，然后再進(jìn)行研磨。
葉片尖端的運(yùn)行速度高達(dá)約5000英尺/分鐘，高速分散機(jī)敞開(kāi)的圓盤(pán)刀片能在低黏度的物料中形成劇烈的湍流。它也會(huì)產(chǎn)生一種獨(dú)特的旋渦，這樣干的物料加入后可以快速潤(rùn)濕。分散葉片可以位于中心或偏離中心，這取決于渦流的深度（偏心葉片產(chǎn)生一種較小的渦流，能減少空氣的滯留）。隨著物料增稠或體積增加，調(diào)節(jié)葉片轉(zhuǎn)速以保持物料翻轉(zhuǎn)的旋渦和速率。通常在高速分散機(jī)的選型和操作過(guò)程中遵守的一些基本準(zhǔn)則是：
?正常工作黏度范圍：像水一樣至約50000厘泊（CP）；
?電機(jī)規(guī)格：每10加侖產(chǎn)品為1 馬力（HP）；
?分散葉片直徑：約為容器直徑的1/3；
?分散葉片位置：離容器底部0.5個(gè)葉片直徑——液體表面以下1.5個(gè)葉片直徑；
?混合容器的全容積：比批次的量至少大30%，以提供足夠的上升高度滿足攪拌過(guò)程中液面的上升。
雖然許多廠商仍然依賴(lài)于高速分散機(jī)進(jìn)行預(yù)混合操作，但是許多廠商已經(jīng)開(kāi)始將更有效的攪拌器進(jìn)行組合，其功能不再是簡(jiǎn)單的將粉末潤(rùn)濕。其根據(jù)是：如果預(yù)混合器能夠?qū)⒏骄畚锓稚⒌帽M可能接近到所需要的規(guī)格——換句話說(shuō)，模仿研磨的早期階段——它可以降低研磨機(jī)的研磨次數(shù)，甚至允許使用更小的研磨介質(zhì)來(lái)研磨更細(xì)的固體。這為大幅提高效率和縮短周期時(shí)間提供了機(jī)會(huì)。這些攪拌機(jī)的一些替代品包括新一代高剪切攪拌機(jī)和超高剪切攪拌機(jī)。
高剪切攪拌機(jī)
高剪切攪拌機(jī)是用于更具挑戰(zhàn)性的固液分散體和乳液的轉(zhuǎn)子/定子攪拌機(jī)，這些高速分散機(jī)不能進(jìn)行充分處理。這種類(lèi)型混合裝置的典型特征是四葉片的轉(zhuǎn)子在靜止的定子內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料被連續(xù)地抽入攪拌頭，并通過(guò)所述定子的開(kāi)口部位將氣體高速排出。由此產(chǎn)生的液壓剪切能促進(jìn)快速均化、解聚和乳化。典型的轉(zhuǎn)子尖端速度是3000～4000英尺/分鐘。
由于受到定子的限制，該攪拌機(jī)提供了較高的剪切速度，但比開(kāi)放式圓盤(pán)型鋸齒型葉片分散機(jī)的泵送容量少。出于同樣的原因，其黏度限值也較低——約10000～20000厘泊。
另一個(gè)區(qū)別在于，轉(zhuǎn)子/定子攪拌機(jī)既有可用于批量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，也有可用于在線（連續(xù)）生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。在線高剪切攪拌機(jī)的表現(xiàn)類(lèi)似于離心泵。它不能自動(dòng)啟動(dòng)自吸，需要靜壓（重力送料）或正壓力（泵送料）來(lái)將物料加入到攪拌釜內(nèi)。在大多數(shù)情況下，當(dāng)攪拌器通常位于低于再循環(huán)罐液位的地面上或者平臺(tái)上時(shí)，可通過(guò)重力作用將產(chǎn)品輸送到轉(zhuǎn)子/定子組件。標(biāo)準(zhǔn)在線型攪拌機(jī)很容易移動(dòng)流動(dòng)產(chǎn)品，甚至黏度高達(dá)約10000厘泊，這取決于配方的剪切變稀特性。使用輔助泵，中等黏度的涂料、預(yù)混合物和中間體都可以在高剪切攪拌機(jī)中處理。對(duì)于大型攪拌釜（> 500加侖），與批量轉(zhuǎn)子/定子攪拌機(jī)或其它需要高功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及相對(duì)較大的葉片來(lái)產(chǎn)生足夠的循環(huán)而從頂部進(jìn)入的高速攪拌機(jī)相比較，在線結(jié)構(gòu)往往更實(shí)用。另一方面，在線高剪切攪拌機(jī)能使產(chǎn)品通過(guò)2500加侖的攪拌釜循環(huán)，就像在25加侖的攪拌槽中一樣容易。事實(shí)上，采用合適的管道，一個(gè)在線攪拌機(jī)能同時(shí)服務(wù)于多個(gè)不同規(guī)格的批量罐。典型的安裝方法是使用簡(jiǎn)單的閥門(mén)直接流向下游的成品區(qū)或瞬間從一個(gè)原料源切換到另一個(gè)。
當(dāng)需要很快將大批量的粉末加入到液體中時(shí)，或當(dāng)難以分散的固體需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完全加入時(shí)，就需要考慮帶有可在液面下加入粉末的內(nèi)置裝置的高剪切攪拌機(jī)?；趪娚淦鞯姆勰┳⑷胂到y(tǒng)，盡管能有效地去除漂浮的固體，在攪拌混合過(guò)程中能提供更精準(zhǔn)的控制，但確實(shí)經(jīng)常受到堵塞和密集的設(shè)備維護(hù)問(wèn)題的影響。此外，這些系統(tǒng)需要有經(jīng)驗(yàn)的操作者來(lái)處理經(jīng)常遇到的困難任務(wù)，即串聯(lián)的三個(gè)獨(dú)立裝置的性能平衡：噴射器、泵和攪拌器。具有粉末注入整體構(gòu)造的高剪切攪拌機(jī)更可靠和更容易操作。
采用SLIM技術(shù)的高剪切攪拌機(jī)
配有固體/液體注入歧管（SLIM）技術(shù)的羅斯高剪切攪拌機(jī)能提供一種在液面下注入粉末的方法，與基于噴射器的系統(tǒng)相比，它是一種更加用戶(hù)友好型、更容易維護(hù)的混合器。SLIM結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是它不需要離心泵或噴射器來(lái)創(chuàng)造粉末注入的抽吸操作。
SLIM具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)子/定子,它們能產(chǎn)生強(qiáng)大的真空度來(lái)抽吸粉末和直接將粉末噴射到攪拌機(jī)的高剪切區(qū)。由于固體和液體恰恰是在強(qiáng)烈混合區(qū)結(jié)合，雖然還不能完全消除結(jié)塊和“魚(yú)眼”，但也能大大減少。在SLIM工藝流程中，粉末可以降低“粉塵”的方式輸送到批量罐中（將氣體顆粒釋放到混合區(qū)），這樣清理更簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)變更快。通過(guò)使用一根軟管和桿狀附件就可完成——柔性軟管連接到固體入口端口，而在另一端是不銹鋼棒浸入散裝袋或容器中，以方便地吸入輕質(zhì)粉末，不會(huì)造成多塵環(huán)境。問(wèn)題較少的固體可加入料斗中，通過(guò)重力作用快速吸入。
SLIM技術(shù)在批量或在線結(jié)構(gòu)中都使用，這使得它易于為大多數(shù)現(xiàn)有工藝進(jìn)行翻新。它通常處理的固體負(fù)載量高達(dá)70%，這取決于該用途，同時(shí)能在寬的黏度范圍內(nèi)操作：粉末注入期間，從水狀樣至黏度高達(dá)10000厘泊。
多軸攪拌機(jī)
配備有兩個(gè)或者多個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的攪拌器串聯(lián)工作的多軸混合機(jī)是強(qiáng)有力的系統(tǒng)，既能進(jìn)行超高剪切攪拌，也能在很寬的黏度范圍內(nèi)提供層流：黏度范圍從水狀樣至數(shù)十萬(wàn)厘泊。
最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是雙軸攪拌機(jī)，其特點(diǎn)是有一個(gè)低速錨和高速鋸齒狀分散葉片。在錨式攪拌器的翼通常包括可調(diào)式刮壁刀來(lái)擦拭容器底部和側(cè)壁。除了能提高產(chǎn)量外，還能進(jìn)行更嚴(yán)格的溫度控制。
另一種典型的構(gòu)造是三軸攪拌機(jī)，它包括另一個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組件。該結(jié)構(gòu)很受歡迎配方設(shè)計(jì)師歡迎，其中最終顆粒大小分布是至關(guān)重要的。如前面所討論的，使用鋸齒狀葉片將粉末加入液體中能得到可接受水平的分散體，但是采用更強(qiáng)剪切的機(jī)械如定子/轉(zhuǎn)子攪拌器，通常會(huì)得到更細(xì)、更均勻的粒徑分布。
SLIM技術(shù)是工作容量為4加侖或更大的羅斯三軸攪拌機(jī)的一個(gè)選項(xiàng)。在粉末注入期間，液體基料必須低于10000厘泊，但在所有固體加入后，產(chǎn)物的黏度可能會(huì)持續(xù)上升。混合周期的后期可能只能依靠錨式攪拌器，如果產(chǎn)品是通過(guò)轉(zhuǎn)子/定子組件進(jìn)行流動(dòng)，分散機(jī)會(huì)受限制。
多軸攪拌機(jī)與單軸裝置相比，除了在黏度和熱傳導(dǎo)方面有改進(jìn)外，另一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是它們是封閉的系統(tǒng)，能提供真空混合的優(yōu)點(diǎn)。在真空條件下處理，消除了在大氣條件下攪拌時(shí)產(chǎn)生的不需要的空氣空隙，但同樣重要的是有助于將某些配方研發(fā)成更高密度、具有更好的性能，這些性能是改進(jìn)的剪切作用和不同部件接觸的結(jié)果。
行星式攪拌機(jī)
特種涂料和油墨有非常高的黏度峰值（超過(guò)100萬(wàn)厘泊），最好用行星式分散機(jī)和雙行星式攪拌機(jī)處理更好。這些機(jī)器具有兩個(gè)或多個(gè)葉片，它們能繞著各自的軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也會(huì)繞著混合容器旋轉(zhuǎn)。換句話來(lái)說(shuō)，所有的攪拌器不斷前進(jìn)到批處理料中，會(huì)一直與新的產(chǎn)品接觸。
對(duì)于非常具有挑戰(zhàn)性的配方，可以使用雙行星式分散攪拌機(jī)。該分散機(jī)由兩個(gè)分散軸（每個(gè)軸都具有兩個(gè)鋸齒狀葉片）和兩個(gè)行星式攪拌器組成。
另一方面，傳統(tǒng)的雙行星式攪拌機(jī)（DPM）對(duì)于半固體狀物料或者高黏度漿狀物的熔融和揉捏來(lái)說(shuō)是理想的攪拌機(jī)。雖然不被認(rèn)為是高速攪拌機(jī)，DPM配備有兩個(gè)相同的攪拌器，當(dāng)批料量達(dá)到相當(dāng)高的黏度時(shí)，能提高剪切水平。在這個(gè)非常強(qiáng)健的機(jī)器中，一個(gè)通用的處理技術(shù)是高黏度混合以確保獲得令人滿意的固體分散體（從200萬(wàn)厘泊到高達(dá)約600萬(wàn)厘泊），接下來(lái)是調(diào)漆步驟，直到循環(huán)結(jié)束。
