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高剪切乳化機在乳化瀝青、改性瀝青生產中的應用

一、高剪切乳化機的起源、應用和發展

　　（一）起源

　　目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。

   1、美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創建，是專業性混合設備制造公司，以生產混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯。

   2、日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業株式會社，創立于1927年（大阪福鳥區）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復合分散、乳化、均質、混合系統。其產品主要用于化妝品及醫藥行業，在中國的典型應用代表是北京資生堂。

   3、德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產品主要在實驗室分析設備方面有著優勢，產品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業設備方面不具有優勢，其用戶代表有深圳小護士。

　　高剪切技術具有卓越的混合、粉碎、分散、乳化等功能，對于SBS、SBR等高分子彈性材料有特別顯著的粉碎效果，能有效解決各類物料的粉碎、乳化難題，取代了傳統的膠體磨設備。與傳統的生產工藝相比，具有能耗低、生產成本低、產品質量高、超細化四大優勢。由于高剪切技術具有超強的粉碎、乳化功能，從而贏得了巨大的市場。過去改性瀝青的生產只能依靠進口設備，而今天高剪切已取代了進口膠體磨，使改性瀝青生產的設備終于國產化。

   管線式高剪切分散乳化機是用于連續生產或循環處理精細物料的高性能設備，在狹窄空間的腔體內，裝有1-3組偶咬合的多層定轉子，轉子在馬達的驅動下高速旋轉，產生強勁的軸向吸力將物料吸入腔體。在Z短的時間內對物料分散、剪切、乳化處理，使粒徑分布范圍變窄，由此可制得精細的長期穩定的產品。

　　管線式高剪切分散乳化機是把九臺高剪切乳化機融為一體，用一臺三級管線式乳化泵就可以一次完成，節約能耗，降低了生產成本。目前國內的改性瀝青設備制造廠家，主要采用以研磨為主、剪切為輔的設備，整個工藝流程需要三臺膠體磨來工作，既增加了設備總投資，Z終的細度還是不盡人意，而乳化機不同于傳統的膠體磨，傳統膠體磨每臺只有一對磨盤，每對磨盤Z多二層結構，乳化機有三級轉、定子結構，每級六層，生產效率相當于膠體磨的9倍。生產過程中物料經一次剪切，細度可達到0.5μm以下，大大提高了產品的內在品質，確保了用戶產品在市場上的競爭力，目前威宇的此項技術已成功的解決了SBS離析和改性瀝青再乳化的世界性難題，并且已獲得七項國家發明專利和實用新型專利，產品質量獲得了英國MOODY國際認證證書，實現了國人“國際品質，本土價位”的愿望。

　　（二）應用

　　高剪切乳化機的應用領域非常廣泛，諸如粘合劑、油漆涂料、化妝品、食品、藥品、塑料樹脂、印染、油墨、瀝青等行業都有廣泛的應用。

   精細化工：塑料、填料、膠粘劑、樹脂、硅油、密封劑、漿料、表面活性劑、碳黑、消泡劑、光亮劑、皮革助劑、混凝劑等

   石油化工：重油乳化、柴油乳化、潤滑油

   日用化工：洗衣粉、濃縮洗衣粉、液體洗滌劑、各類化妝品、護膚品

   涂料油墨：乳膠漆、內外墻涂料、水性油性涂料、納米涂料、涂料助劑、印刷油墨、打印墨水、紡織染料、顏料

   生物醫藥：糖衣、注射劑、抗菌素、蛋白質分散劑、藥乳膏、保健品

   農藥化肥：殺蟲劑、除草劑、藥乳油、農藥助劑、化肥

   食品工業：巧克力外殼、水果漿、芥茉、渣餅、色拉調料、軟飲料、芒果汁、番茄漿、糖溶液、食用香精、添加劑

   納米材料：納米碳酸鈣、納米涂料、各類納米材料添加劑

   道路瀝青：普通瀝青、改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青

　　（三）發展

　　l 1988年，D一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）

　　l 2000年，D一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應用（內蒙蒙西高新技術）

　　l 2001年，D一臺高剪切乳化機應用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）

　　l 2002年，國內200KW乳化機應用成功（克拉瑪依煉油廠）

　　l 2004年，國內生產用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉速在威宇公司研制成功（北京某研究所）

　　二、高剪切乳化機的工作原理

　　高剪切乳化泵是乳化及改性瀝青設備系統的核心部分，瀝青乳化的成功與否、生產能力及效率的高低很大程度上取決于乳化泵的性能。

　　1、高剪切乳化機具有以下幾項基本功能：

　　l 剪切作用

　　（1）物料通過轉子外徑與定子內徑瞬間受到強力的機械剪切作用。

　　（2）復雜而激烈的流體運動帶動顆粒相互撞擊，以及顆粒與轉定子進行撞擊，從而形成不可小視的液力剪切作用。

　　l 摩擦（揉搓）作用

　　物料在轉子外徑與定子內徑間受到強力的研磨和撕裂。

　　l 泵送混合作用

　　通過轉子割槽和葉片的旋轉帶動流體離心運動，產生泵送作用。轉子割槽與定子割槽及離心葉片的攪動，產生混合作用。

　　2、工作原理：

　　在電動機的驅動下，高速旋轉的轉子推動物料作離心運動，使轉子中心部分形成強大的負壓，吸引乳化機進料口的物料向中心運動。大小不等的多組份物料擠出多層轉子和定子割槽的瞬間被相對線速度高達36m/s（?290轉子，無定子乳化泵為72m/s）的鋒刃、撞擊、切割、撕裂的粉碎。與此同時，不可小視的翻江倒海般的液力剪切同步發生作用，也就是機械剪切與液力剪切同時在作用，使顆粒間互相研磨、撞擊。好不容易通過這道門檻的細小粒子又不知不覺被第二個負壓中心吸住。一些尚未散架的疏松粒子，經不住負壓的催激素被裂化成更小的顆粒，反過來，一些被負壓洗禮過的粒子變得更容易被分散，細小固體顆粒與液滴的親和與排斥不斷進行，從而分散乳化，便在不知不覺中一次性完成。