過去幾十年的法規(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)。這種對環(huán)境負(fù)責(zé)的重要轉(zhuǎn)變正好與客戶不斷變化的需要及令人興奮的新功能開發(fā)方向相一致。現(xiàn)在隨著對專業(yè)化和高附加值涂料的需求越來越大，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。“我們可以做的更好嗎？”這是個更加懇切的要求，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，但是從根本上來講它們?nèi)匀皇切枰蕾囉诹己没旌蠑嚢璧呐浞健δ骋划a(chǎn)品采用不同程度的攪拌混合和分散會影響它的顏色、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)意識來優(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攪拌操作的重新戰(zhàn)略評估中收益受益。
在涂料和油墨的生產(chǎn)過程中使用各種不同的分散工具。這些技術(shù)中的有一些對于古老的工藝問題來說是相對較新的解決方案。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)又相對簡單的混合設(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來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)敞開的圓盤刀片能在低黏度的物料中形成劇烈的湍流。它也會產(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個葉片直徑——液體表面以下1.5個葉片直徑；
?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程中液面的上升。
雖然許多廠商仍然依賴于高速分散機(jī)進(jìn)行預(yù)混合操作，但是許多廠商已經(jīng)開始將更有效的攪拌器進(jìn)行組合，其功能不再是簡單的將粉末潤濕。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，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)來研磨更細(xì)的固體。這為大幅提高效率和縮短周期時間提供了機(jī)會。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。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時，物料被連續(xù)地抽入攪拌頭，并通過所述定子的開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，但比開放式圓盤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)類似于離心泵。它不能自動啟動自吸，需要靜壓（重力送料）或正壓力（泵送料）來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上時，可通過重力作用將產(chǎn)品輸送到轉(zhuǎn)子/定子組件。標(biāo)準(zhǔn)在線型攪拌機(jī)很容易移動流動產(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)動以及相對較大的葉片來產(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，一個在線攪拌機(jī)能同時服務(wù)于多個不同規(guī)格的批量罐。典型的安裝方法是使用簡單的閥門直接流向下游的成品區(qū)或瞬間從一個原料源切換到另一個。
當(dāng)需要很快將大批量的粉末加入到液體中時，或當(dāng)難以分散的固體需要很長時間才能完全加入時，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)問題的影響。此外，這些系統(tǒng)需要有經(jīng)驗(yàn)的操作者來處理經(jīng)常遇到的困難任務(wù)，即串聯(lián)的三個獨(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)），這樣清理更簡單、轉(zhuǎn)變更快。通過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，不會造成多塵環(huán)境。問題較少的固體可加入料斗中，通過重力作用快速吸入。
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)
配備有兩個或者多個獨(dú)立驅(qū)動的攪拌器串聯(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)十萬厘泊。
最簡單的結(jié)構(gòu)是雙軸攪拌機(jī)，其特點(diǎn)是有一個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)，它包括另一個轉(zhuǎn)子/定子組件。該結(jié)構(gòu)很受歡迎配方設(shè)計師歡迎，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)物的黏度可能會持續(xù)上升?；旌现芷诘暮笃诳赡苤荒芤揽垮^式攪拌器，如果產(chǎn)品是通過轉(zhuǎn)子/定子組件進(jìn)行流動，分散機(jī)會受限制。
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，另一個設(shè)計優(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100萬厘泊），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)器具有兩個或多個葉片，它們能繞著各自的軸旋轉(zhuǎn)，同時也會繞著混合容器旋轉(zhuǎn)。換句話來說，所有的攪拌器不斷前進(jìn)到批處理料中，會一直與新的產(chǎn)品接觸。
對于非常具有挑戰(zhàn)性的配方，可以使用雙行星式分散攪拌機(jī)。該分散機(jī)由兩個分散軸（每個軸都具有兩個鋸齒狀葉片）和兩個行星式攪拌器組成。
另一方面，傳統(tǒng)的雙行星式攪拌機(jī)（DPM）對于半固體狀物料或者高黏度漿狀物的熔融和揉捏來說是理想的攪拌機(jī)。雖然不被認(rèn)為是高速攪拌機(jī)，DPM配備有兩個相同的攪拌器，當(dāng)批料量達(dá)到相當(dāng)高的黏度時，能提高剪切水平。在這個非常強(qiáng)健的機(jī)器中，一個通用的處理技術(shù)是高黏度混合以確保獲得令人滿意的固體分散體（從200萬厘泊到高達(dá)約600萬厘泊），接下來是調(diào)漆步驟，直到循環(huán)結(jié)束。
