高嶺土在生產水性涂料中的應用

薛 鋒， 夏瑞凱

(晉能控股煤業集團和創實業發展有限公司，山西 大同 037003)

1 應用分析

煅燒高嶺土應用在水性涂料當中，可以大幅降低涂料生產成本，而水性涂料的研發可以消耗掉一部分高嶺土成品及不合格產品，在降低涂料生產成本的同時也增加了高嶺土的經濟效益，同時減輕了因高嶺土市場飽和帶來的營銷壓力。

2 生產工藝

常規乳膠漆生產時分為分散、攪拌兩大塊工藝，分散是指用高速分散機或是砂磨機將配方中粉料高速分散，還原粉料的初始粒徑；攪拌指的是將還原初始粒徑后粉料加入成膜物質及一些助劑將其包裹，形成涂料，達到一種長期儲存的目的。這個全部生產、包裝過程一般需要3 h才能完成，其中分散占40 min左右。為了提高生產效率，降低生產能耗，同時可以更快的給戶提供合格產品，結合實際生產經驗，對舊生產工藝進行創新改革。

此次實驗主要以分散時提高分散效率，縮短分散時間為目的。高速分散時，一般先投入無機增稠粉末，預分散30 min，合格后加入粉料分散30 min，檢驗。因無機增稠粉末遇水后溶脹體積變大，容易形成膠團，所以平時生產時都單獨分散，等增稠粉末完全分散開后才進行下一步生產，其中分散無機增稠粉末占用大量時間，實驗利用利用無機增稠粉末遇到堿會加速溶脹分散這一特性，在投料時，將其先與粉料混和一同加入到分散釜中高速分散，同時在分散過程中加入堿類助溶脹助劑，這樣即可以省掉單獨分散無機增稠粉末的半小時，又能滿足產品指標，不形成膠體團聚，為生產節約半小時時間。

同時每生產一噸乳膠漆可以節約半小時電耗，按照生產分散電機最小30 kW計算，每生產一噸乳膠漆節約半小時分散時間，大約可以省15 kW·h，因涂料生產一般是在早晨8點至下午17點，按生產用電峰值、谷值平均電費0.53元/kW·h計算，每生產1 t乳膠漆可以節省7.95元電費，一年按計劃1萬t生產量，可節約7.95萬元。

此實驗已在生產線試用，效果顯著，操作方便、快捷，如果按全年生產量核定，不僅可以節能降耗，而且生產迅速，送貨及時，可以為客戶帶來一定的效益，工地用工一般都以日工或是平米工計費，如果送貨及時會給客戶節約用工費用。

3 生產配方工藝

水性涂料生產工藝中鈦白粉做為最重要的白色顏填料，主要提供著色力及遮蓋力，但是因近幾年化工行業原材料價格瘋漲，金紅石型鈦白粉的價格從2015年的8 000元/t如今已緊近2萬元/t大關，直接影響涂料成本。而高嶺土在水性涂料中的應用為水性涂料降低成本起到關鍵的作用。高嶺土是以高嶺石為主要成分的黏土，是帶有結晶水的無機硅酸鹽，質軟、有滑膩感，較易分散水中。煅燒高嶺土是以優質的高嶺巖為原料經精選、研磨、除雜、煅燒等工藝制備而成。其特點是白度高、分散性好、遮蓋力強，可以代替部分鈦白粉，如配合鈦白粉使用，其綜合效果不變并可降低成本。通過實驗論證，高嶺土在涂料中的應用提高了其漆膜不透明度，并使涂料光學性、耐磨性及穩定性均有了提高。

在調試過程中，添加煅燒高嶺土的乳膠漆漆膜遮蓋力普遍提高，這種情況當然不排斥煅燒高嶺土對鈦白粉的稀釋作用，但重要的是加入煅燒高嶺土后，涂膜的空隙度有很大的提高，另外煅燒高嶺土的超細顆粒的水分散體對光有很強的折射效果，所以在加入煅燒高嶺土以后，濕的漆膜也有一部分遮蓋。 隨著煅燒高嶺土添加量的增加，涂料干膜遮蓋力明顯提高，耐水性、耐堿性沒有明顯變化，耐洗刷性有一定的提高，所以煅燒高嶺土添加到水性涂料體系中對漆膜及整個涂料體系有著特殊的意義。其次，隨著煅燒高嶺土添加量的增大，鈦白粉用量可以適當降低，在不影響漆膜遮蓋力的前提下，降低生產成本。

4 生產設備

新項目設備及工藝設計打破傳統設計理念，利用自然科學，結合實際情況，在廠房固定空間的情況下，采用三層平臺式生產工藝，最大限度的利用有效空間，而且平臺式的結構使設備相互并聯在一個整體上，縮短操作半徑，美觀整潔。整體設備分為純水機組、助劑配料站、負壓輸料機組、臥式真石漆生產工段、水性建涂內墻乳膠漆無菌生產、外墻乳膠漆生產工段、水性工業漆生產工段、VOC吸附塔、污水處理站、粉塵收集環保機組等7大工段。各工段相互連接，可單獨啟動，也可以串聯復合使用。

1) 純水機組，日產純凈水10 t供生產使用，純水比起生活用水應用在涂料當中不易產生霉變，因大部分礦物離子被過濾出去，可使產品性能更加穩定，儲存長久。

2) 乳膠漆、真石漆設備全部采用分散釜頂部自重下料工藝；傳統的投料方式為負壓吸料，通過分散釜底部進料。具體操作先用負壓機組將分散釜抽為真空狀態，使得釜內負壓一般維持在0.06 MPa,形成一個內在吸力，打開連接投料小斗及分散釜的閥門，將物利用負壓吸力吸入到分散釜內；由于生產工藝的限定，吸料前釜內已投有生產用水和助劑，而物料必須底部吸入，所以控制不好閥門，會使水乳倒流至分散釜底部的管道內，清洗繁瑣，給生產帶來諸多不便。而新設備改為頂部自重投料，則是將投料平臺建在設備上面，將投料小斗在與分散釜連接，靠物料自身重力直接落入分散釜中，這種設計方案，一名操作工便可完成，即節省投料時間，又不用負壓泵等輔助設備，節省了一部分電費。舊設備舉例：生產一噸乳膠漆投料工段通常需要45 min，每次投料時最少需要2名操作工完成，一人投料，一人控制閥門，以防釜內負壓不夠形成回流；而一臺負壓泵通常為22 kW，投料時開啟45 min，耗電約16.5 kW·h，按生產用電平值0.5元/kW·h，產生8.25元費用。新設計投料方式，只用一名投料工即可完成投料任務，也不用擔心負壓不夠水乳回流的情況發生，新設計設備只用20 min就可以完成投料，因投料時必須啟動分散釜以防物料壓機，一臺1 t分散釜功率為30 kW，用新設備生產還可以節約20 min分散時間，因此可以節約10 kW·h電，約節約5元電費，加上負壓機組省的8.25元，每生產1 t乳膠漆可以節約13.25元，按照年產3 000 t乳膠漆計算，全年可以節約約4萬元。

3) 真石漆釜舊設備主要生產工藝分為兩部分，一是將水乳用落地式分散機分散好，用叉車將分散好的水乳拉缸挑起投入到臥式攪拌釜中，在用叉車叉起彩砂，人工投到攪拌釜中，按照現有30 t真石漆攪拌釜舉例，生產包裝30 t真石漆最少需要3 d時間：分散水乳需要1.5 d，投彩砂6 h，包裝1 d；而新生產線改為聯動生產模式，配備5 t大型水乳分散釜，氣動隔膜泵聯通30 t真石漆攪拌釜，水乳一次成型，泵進30 t攪拌釜，投砂則是采用提升機先將彩砂提至三樓投料平臺，利用小型行吊，提至投料口，省時省力，原先需要1 d投砂時間，現設備只用3 h可以完成投砂，分散水乳12 h，現設備只用5 h完成，而之前8 h包裝時間，現改用灌裝機，三個下料口同時包裝時，20 min可以包裝3 t，30 t只用3.5 h完成。聯合作業的情況下，生產包裝 30 t只用12 h完成。

5 經濟效益

1) 該項目的實施，按年生產水性環保涂料10 000 t，乳膠漆3 000 t，一年可以創造營業額2 400萬，創造利潤720萬元。真石漆7 000 t，每年可以創造營業額3 150萬，創造利潤945萬元，年增總利潤1 665萬元。

2) 根據年產量3 000 t生產能力計算，每生產一噸水性涂料可以節約2.5%的鈦白粉合計大約25 kg，需要添加50%的高嶺土合計約50 kg。按現在化工材料市場均價金紅石型鈦白粉售價為19元/kg，涂料級高嶺土售價為1.8元/kg計算可得生產1 t涂料可以節約475元鈦白粉，增加90元高嶺土費用。

6 社會效益

把高嶺土運用在生產水性環保涂料中，既符合國家環保政策，也迎合了企業發展的觀念轉型、經濟轉型、產業產品轉型的要求。不僅降低企業生產成本，同時提高了企業生產效益。