第一章 一般概說
九、散佈(Dispesion)
5.製造散佈體的設備 (dispersion equipment)
對於製造油漆顏料散佈體的設備，很難用他們製成散佈狀況的原理分類，
就是，剪割(shear)、磨損(attrition)，以及/或衝擊(impact)，因為大部份的設
備，是採用一種以上的原理。他們這種設備，普通叫作研磨機(mills)或混
和機（mixer），依他們的一般操作特生可以分成四類，就是嫎捏揉機
(kneaders)或內部混和機(internalmixer),娋研磨機(mills)，他們的研磨表面具
有高速度，和有連續的非常小的容許度(continul close tolerance)，䊼高速液
體─能量研磨機(high-speed fluid-energy mills)，以及𤒈研磨機具有大的散佈
表面(dispersing surface)，他們的行動並不需要精確控制的。
捏揉機或內部混合機(kneader or internal mixers)。捏揉型散佈液製造機可以
處理有非常高塑性黏度(extremely high plastic viscosity)(最高達l08P)的系統，
同時祇受他們的進入能量(Powerinput)和機械強度的限制。這種捏揉機達成
散佈作用，主要是靠捏揉操作物料，同時靠操作物料本身的高塑性黏度與
內部發展出的剪力，把機械能移轉到全系統中。典型的設備，包括有一個
盛器，內中有兩個並行螺旋葉板，在相反方面，用不同速度，旋轉看。這
些葉片是彼此相切（tangential)，或近乎相切，相當接近𤥢盛器的內壁掃括
旋轉，他們的間隙度，是在一吋的小分數間。他們葉片的設計有很多種，
但都是把操作物料在捏揉操作中，在葉片間能繼續交換𤥢，便能徹底的混
和。機械能的移轉，為須要通過葉片和盛器，以捏揉物料內部相當大的距
離間。這種內部剪力，祇有在有非常高塑性黏度的物料中才能發展出。在
操作時有相當大的熱量發展出，部份是為盛器隔牆中的循環水流移去，同
時供應操作程序所需要的熱量。
通用的捏揉機有兩種，嫎Banbury(FarrelCorp．產品)混合機，和娋Flusher或
重載混合機(heavy-duty mixer)。Banbury混合機原先是為橡膠工業發展出，
現在廣用在塑膠工業中，都是用來製備橡膠和塑膠產品的混合配料，以及
這些產品顏料散佈物的製備。這是種效率最好的混合機，在橡膠和熱塑性
塑膠中用的，需要大量濃顏料散佈液。Banbury混合機特別的用一個水壓臂
關閉進入口，同時使操作物料完全限制在葉片括掃的空間中。在操作中發
展出非常高速度的剪力，同時操作循環普通祇有幾秒鐘。Banbury混和機普
通都是連續操作，很少作為分批式。Flusher或重載混合機是廣用在製備油
墨或油漆工業用的顏料散佈液中。這是一種非常有彈性的設備，可以操作
各種不同的物料，以及達成最後產品具有各種不同的組份。他們最初用在
用漂洗方法製造的散佈體，但他們也可以散佈乾顏料在廣範圍黏度的液體
擔體中，和在低熔點的熱塑性固體樹脂中。操作物料的顆粒大小和塑性黏
度，在散佈循環中比較固定，但因為這重載混合機的開口在頂部，所以他
們的基本散佈作用可以增減改良，同時散佈產品，不論是在固態或任何黏
度的液體，可以倒出。他們的操作，可以開口的、或封閉的、在大氣壓下
、或在減壓成真空下、加熱的或冷封的、處理具有揮發性或少揮發的液體
、以及各種不同的葉片速度，同時有各種不同的大小。
二輥筒研磨機(two-roll mill) 可以認為是一種捏揉機或內部混合機，因為他
們輥筒問的間隙度是比較大(最大可達1／2 吋)，同時的操作物料，在進入
輥筒間之前，是被捏揉𤥢。這分批的物料必須是夠多，便在兩輥的捏口
(nip)上，形成一種排帶物料，在排帶的循環運轉時發展有很大的剪力，但
最大剪力，是在捏口發展出。這二輥筒研磨機是用來製備彈性體和熱塑性
樹脂的散佈物用，這兩個輥筒是並行，同時在相反方面和不同速度下旋轉
，他們速度差，一般是1.2:1.0到1,3：1.0。因為大部份的散佈系統是熱塑性
的，所以要有溫度控制。溫度控制的維持，是用循環水或蒸汽，通過輥筒
的內心。如果要非常高的溫度時，則用循環熱油加熱，或用電熱加熱。散
佈循環(disp Rrsion cycles)是相當短，普通祇要幾秒鐘。
小間隙的研磨機（close tolerance mills)，大部份小間隙的研磨機，可以更分
成兩類，就是圓柱形輥筒研磨機(cylindrical roll mills)和旋轉盤研磨機(rotating
dise mills)。
(1)圓柱形輥筒研磨機有幾種型式，作為油墨、油漆和其他最後產品，進行
糊狀顏料散佈物的製備操作。他們的操作黏度，從10以至104P都可以，雖
然在200P以下的操作，是效率不高的。他們的輥筒數最多可以有五個，最
少甚至祇有一個，如同Unil Mill(單輥研磨機)，是在一固定有蓋表面上操作
。兩輥筒的間隙約從5μ以至50μ，所以需要顏料和擔體有良好預混合。這
輥筒在高速下操作，三輥筒的速度，普通比例是1:3:9。輥筒間的間隙，從
進料筒以至以後的筒，逐有減少，所以在加料捏口後的剪力強度，有突然
的增加。這樣操作糊狀物，必須要有很強的黏𤥢輥筒表面，便能攜帶進捏
口處，在那裡間隙接近，同時有差別速度，產生高剪力。所有的操作的物
料，被攜帶到捏口處，並不能全部通過續漸減少的輥筒間間隔，大部份的
物料是繼續的被退回，同時再強迫送進，這樣的連續相反流動，產生很大
的混合和剪力作用。
(2)旋轉盤研磨機，是錐形研磨機(Gone mills)和膠質研磨機(colloidal mill)，
他們有相同之處，就是每種主要的有二個旋轉體(rolor)，是盤狀的(disc)，
或是切去頂端的圓錐體(truncated cone)，在高速下(3000-5000rpm)旋轉，對
固定表面體祇有小距離（l0-100μ)的間隔。在研磨機內部的流動，是靠離
心力，同時散佈作用一般認為是水壓剪力。操作黏度是在100P間或更小的
範圍內。
高速液能研磨機(high speed fluid-energy mills)，對製備相當低黏度的研磨機
基料，作油墨和油漆用的，葉輪式（impeller)和打撞式(impingement)的高速
液能研磨機都可以用。這種研磨機都有這種優點，即在同一設備中，可以
作預混合、散佈和鬆弛減速（letdown)，但他們所包括的散佈原理是不同的
。
葉輪式研磨機（impeller mill)是一個圓筒形的槽和有一個平扁的盤狀葉輪，
具有各種不同設計的周圍鋸齒(Peripheral serrations)他們周圍速度5000呎/秒
是屬普通的。有效的剪力作用是靠黏稠抵抗力，同時那葉輪的散佈操作在
最高黏度時最有效率，便在槽內維持一個輥動的環形流動。高黏度抵抗力
普通是從顏料加料獲得，而不是從黏稠擔體獲得。在這情形下，顏料潤濕
主要是靠滲透，所以黏稠擔體並不是良好的選擇。
高速打撞式研磨機（high－speed impingement mill），如同Kady式研磨機
(Kadymill)，是在一圓筒形槽中，一種轉子(rotor)一固定子(stater)的連合裝
置。那細長的固定子(siotted stater)作成一個環，圍𤥢轉子，那轉子也是細
長的。他們中間的間隙是大約為64mils同時那轉子的周圍速度是每秒8700
呎。操作物料流進轉子中心，用離心力從細長槽（slots)中壓出，顏料小塊
打撞𤥢固定子，同時顏料塊彼此間也打撞。散佈作用同時用打撞和磨損達
成。
球磨機和砂磨機(ball and sand mills)。散佈作業設備應用許多散佈表面的，
可以分為兩類:(a)那些散佈媒劑(dispersion media)的顆粒大小是比較大的(球
磨機和卵石磨機)(ball and pebble mills)，和(b)那些散佈媒劑的顆粒大小是比
較小的(砂磨機)(thes and mill)。
球磨機或卵石磨機的最普通設計，是平放的圓筒部份裝備有卵石或球，旋
轉在這種速度下，使球或卵石在筒中，用梯階方式流動，而不是用離心力
方式，或讓他們在筒中滑動。有時使用上昇裝置(lifter)，防制滑動。一個球
磨機和一個卵石磨機的不同處，是在他們媒劑和研磨媒劑(linear andgrindin
gmedia)兩方面的組份。在球磨機中，他們是鋼的，而在卵石磨機中，他們
是天然的或陶瓷製石頭。所產生的散佈力量，主要是碰撞和剪力，雖然在
這樣複雜系統中，磨損和壓縮力必然是包括在內的。散佈力是和磨研媒劑
以及進料問的比重不同成比例。研磨媒劑普通佔有研磨機容量的40-50%。
而進料則佔容積的18-20%。影響操作效率有許多因素，最好的溶劑對接合
劑比(solvent-to-binder ratio) 通常是用Daniel流動點(Daniel flow point)來決定
。球磨機和卵石磨機的操作成為最有效率，如果使用最小大小的研磨媒劑
(minimum size grinding media)。這些小的媒劑，他們的流動速度，要比比重
單獨所產生的高得多，為了這原因以及其他因素，使發展出彈子研磨機(
shot mills)和砂磨機(sand mill，或sandgrinder)。
砂磨機(sand mills)，現在大部份代替了球磨機和卵石磨機。砂轉機投資少，
所需要空間少，動力也少，有更高的輸出率(outputrate) ，連續操作，容易
調整，同時可產生高品質的散佈物。這樣的設備，實際上是一個圓筒裝有
砂子在高速下攪動。有好幾個盤狀葉輪安置在全排的砂子中，在高速下旋
轉，在葉輪的邊上，速度有2000呎/秒。液體的操作加料，用泵進入盛器的
底部，然後從頂部流出，通過一道篩子，濾去砂子。葉輪轉動能量，通過
黏稠體的抵抗，移轉到砂子上。他們的流動型態，和兩個葉輪間發展出的
兩個旋轉環管(doughnut)相似。在葉輪邊上的輻射加速度(radial acceleration)
，此起比重的要快上100倍以上倍。
加拿大的Ottawa砂子，20-40篩孔，是最常採用的，高密度的陶瓷珠也有應
用。如同和間隙小的研磨機相似，預混的品質是非常的重要，同時砂磨機
的操作最高時，是在加料的小塊，他們的大小是小於砂子大小的1/10。在
普通情形下 砂子和加料的容積是相同的。
