Файл: Голомб, Л. М. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей.pdf

собах частицы красителей получаются тем более дисперсными, чем условия их образования жестче.

Кристаллизация состоит из образования зародышей и роста кри­ сталлов. Зародыши возникают только при условии пересыщения выше оптимального предела; их образуется тем больше, чем больше степень пересыщения. Неодинаковая скорость роста кристаллов приводит к различию в их форме (игольчатая, пластинчатая, прямо­ угольная, ромбическая и т. п.). Анизометрия кристаллов, опреде­ ляемая отношением длины I к ширине проекции кристалла d, умень­ шается с увеличением скорости перемешивания и степени пересы­ щения. Величина частиц зависит от поверхностного натяжения раствора. Чем оно меньше, тем больше будет общая межфазная поверх­ ность на границе раздела т/ж и будут образовываться преимуще­ ственно малые частицы.

Роль ПАВ в конденсационных способах сводится к усилению процесса образования тоикодисперсных частиц красителей в резуль­ тате следующих явлений [3]. Если поверхностпое натяжение на гра­ нице раздела краситель/вода понижено, растворимость тончайших частиц уменьшается; число эффективных центров кристаллизации увеличивается, а тенденция к росту кристаллов за счет более мелких снижается. Если сольватные оболочки образуются достаточно бы­ стро, рост отдельных частиц предупреждается и может быть даже приостановлен. Кроме того, сольватные оболочки уменьшают склон­ ность частиц к агрегации и предупреждают образование скоплений агрегатов.

Конденсационные способы, иногда неправильно называемые х и ­ м и ч е с к и м д и с п е р г и р о в а н и е м , применяются чаще всего на последней стадии синтеза — выделении исходных пигментов. При этом возникает проблема фильтрования суспензии тонкодисперспых пигментов [73], отгонки растворителей, отмывки от кислот, солей и т. п., а также утилизации или обезвреживания сточных вод. Улучшение фильтрования должно осуществляться на основе исполь­ зования коллоидно-химических приемов, позволяющих временно укрупнить дисперсную фазу для ее отделения от дисперсионной среды. Для этого рекомендуют применять белковые вещества в присутствии продуктов типа ДНФ в кислой среде [74] при оптимальном значении pH —• ниже изоэлектрической точки белка; затем комплекс белок — ДНФ разрушают добавкой щелочей; для этой же цели иногда вво­ дят коагулянты типа полиакриламида [75].

Морфологическое состояние — габитус и размеры частиц исход­ ных пигментов, структура и прочность кристаллической решетки — зависит как от химического строения самого красителя, так и от способа и условий кристаллизации при его выделении на заверша­ ющей стадии синтеза.

55

3.3. ДНСПЕРГАЦПОННЫЕ СПОСОБЫ

Начальная стадия процесса получения выпускных форм красителей имеет целью повышение дисперсности исходных пиг­ ментов, выделяемых после синтеза в виде водных паст. Это осуще­ ствляется с помощью сверхтонкого или тончайшего диспергирова­ ния [76—78]. Под этим подразумевается повышение дисперсности крупных кристаллов красителей с применением механического воз­ действия в водной среде в присутствии ПАВ, которые способствуют смачиванию частиц и должны играть роль «понизителей проч­ ности» и, наконец, служить стабилизаторами получаемых водных дисперсных суспензий.

Диспергирование органических красителей в водных средах изучено крайне недостаточно [17, 19, 28—32, 79, 80]. В фундамен­ тальных монографиях по поверхностной активности [3, 7] диспер­ гирование рассматривается в общетеоретическом плане; несколько больше освещены вопросы измельчения пигментов в неводных сре­ дах [81—85]. Некоторые авторы считают [81], что стадия дисперги­ рования, под которой они понимают разрушение агрегатов и обра­ зование суспензий (дисперсий) в водной поверхностно-активной среде, в принципе может быть отделена от начальной стадии — измельчения кристаллов. Практически же эти стадии трудно диф­ ференцировать, так как они протекают одновременно и зависят от агрегатного состояния и прочности частиц, их полидисперсности, условий смачивания, модификации их поверхности, изменения рео­ логических свойств и т. п.

В основе применения механических способов диспергирования твердых тел в жидкой среде лежат два общих принципа [2]: 1) раз­ рушение частиц за счет дробления, раздавливания, сдвигов со сре­ зающими усилиями или трения; 2) разрушение частиц в результате их взаимного истирания. К ним следует добавить и косвенные спо­ собы получения суспензий: предварительное сухое измельчение; измельчение твердого тела в одной жидкости, например в воде, и пе­ ренос в другую (масло), в которой оно предпочтительнее смачи­ вается — так называемый флашипг-процесс, применяемый для по­ лучения некоторых пигментов, или же размол частиц твердого тела другими твердыми частицами (например, поваренной солыо), кото­ рые могут быть удалены растворением [86].

3.3.1. Оборудование для диспергирования красителей

В производстве красителей применяется оборудование для мокрого диспергирования в водной среде и для сухого помола. Оборудование, используемое при мокром диспергировании, по ха­ рактеру действующих сил подразделяется па пять групп.

1-я группа. Шаровые мельницы различных типов — горизонталь­ ные, планетарные и вибрационные; аттриторы; песочные и бисерные мельницы и турбоизмельчители. В этих машинах частицы из.чель-

56

чаются в результате ударного, раздавливающего и истирающего действия мелющих тел.

спензия распределятся по периферии кор­ пуса и процесс диспергирования прекратится (рис. 3.4). Перекаты­

вание с его истирающим действием более важно, чем раздавли­ вание [3].

Эффективность диспергирования в шаровых мельницах опреде­ ляется: диаметром и скоростью вращения мельницы; относительным объемом загрузки мелющих тел, их плотностью, диаметром и формой

Рис. 3.4. Движение шаров в шаровой мельнице при различных скоростях вращения ( п — -об/мин):

1 — при п > пкр (центрифугирование); 2 — при п = пкр (катарактное); 3 — при п < пкр

(лавинообразное).

и относительным объемом загружаемой суспензии (пасты), ее со­ ставом, плотностью и вязкостью. Взаимосвязь между этими факто­ рами обсуждается в работах [84—86]. Производительность мельниц определяется: размером мелющих тел, вязкостью диспергируемых суспензий и разностью между плотностью мелющих тел и суспензии.

5 7

С уменьшением размера шаров н увеличением вязкости суспензии быстро наступает предел, при котором перекатывание шаров прекра­ щается. Для красителей, диспергируемых в водных средах, пользуются

и минимально допустимый размер; консистенция суспензии или пасты должна соответствовать размерам употребляемых шаров [2]; диспер­ сионная среда должна быть возможно менее вязкой; оптимальная

об/мин; шаровая загрузка должна составлять 40—50% от объема мельницы, что равно 27—30% абсолютного объема последней, так

диаметра; расход затрачиваемой энергии в мельницах большего диаметра компенсируется большей производительностью. В совре­ менных шаровых мельницах используются двигатели относительно небольшой мощности: 10 квт для мельницы диаметром 1,9 м, ем­ костью 4,4 м3 и весом — 12 т.

Шаровые мельницы находят широкое применение в лакокрасоч­ ной промышленности [88]. Например, время измельчения в мель­ нице объемом 1800 л при шаровой загрузке от 900 до 1100 л и суспен­ зии 360—530 л составляет от 8 до 36 ч в зависимости от продукта и его назначения.

Преимущества шаровых мельниц: 1) не требуется предваритель­ ного приготовления суспензий перед загрузкой в мельницу; 2) от­

4) стоимость обслуживания очень мала; 5) в шаровых мельницах могут размалываться все виды кристаллов, за исключением очень вязких паст; 6) шаровые мельницы — стандартное оборудование, процесс измельчения хорошо моделируется в лабораторных мель­ ницах. К недостаткам следует отнести: периодичность действия, некоторые неудобства при загрузке и выгрузке суспензии; низкий КПД, обусловленный тем, что мелющие тела выполняют полезную работу лишь в период их перекатывания.

В и б р а ц и о н н ы е мельницы [85, 89] (вибромельницы), мель­ ницы, в которых лавинообразное движение шаров заменено встря­ хиванием, благодаря чему условия диспергирования близки к опти­ мальным. Вибромельницы горизонтального типа емкостью 200 л испытаны в производстве некоторых выпускных форм кубовых кра­ сителей на Рубежанском химкомбинате, однако они оказались непригодными для этой цели из-за загрязнения красителя намолом железа, сильного шума, частых поломок, больших затрат электро­ энергии и очень малой производительности.

58

А т т р и т о р ы представляют собой усовершенствованную кон­ струкцию шаровых мельниц. Прототипом этого вида машин явля­ ется аттритор Шегвари, предложенный в 1928 г. [91—93]. Переме­ шивание в нем осуществляется вертикальной мешалкой с 6 или более пальцами, закрепленными на валу мешалки под прямым углом. Благодаря перемешиванию шары находятся постоянно в кон­ такте с частицами суспензии, т. е. непрерывно совершают полезную

с частицами дисперсной фазы и увеличению деформации сдвига суспензии, производительность песочных мелышц значительно выше,

и в водных системах при получении дисперсных и кубовых краси­ телей и органических пигментов [97—103]. Песочные мельницы

5 9