صنعت رنگ سازی

دید کلی

رنگ در دنیای امروز نقش بسیار مهمی در پرورش ذوق و قرایح بشری و ارضای نیازهای زیبا شناختی وی ایفا می کند. بدین جهت است که احساس رنگ را به تعبیری حس هفتم می‌گویند. انسان در پهنه تولید تزئین خانه‌ها ، پوشاک و حتی نوشابه‌ها در هنر ، نقاشی ، صنایع کشتیرانی و امور ارتباطات محصولات مصرفی در صنایع فضایی و خلاصه در همه شئونات با رنگ سر و کار دارد. بطور کلی ، از رنگ علاوه بر ایجاد زیبایی محیط ، جهت حفاظت اشیا در مقابل عوامل طبیعی و غیره استفاده می‌شود.

تاریخچه

سابقه استفاده از مواد رنگی توسط انسان ، به دوران غارنشینی می‌رسد. اولین کاربرد واقعی و عملی مواد رنگی را می‌توان در ساختن کشتی نوح مربوط دانست که برای جلوگیری از نفوذ آب و پوسیدگی آن ، از مواد رنگی استفاده شده بود. بعدها از مواد رنگی برای حفاظت چوب از پوسیدگی در بناهای چوبی و زمانی که استفاده از وسایل آهنی متداول شد، برای جلوگیری از زنگ زدن آنها استفاده می‌شد .

اجزای تشکیل دهنده رنگ‌ها

هر رنگ اصولا از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

رنگدانه

ماده رنگی نامحلول در آب است ( خاک رس ناخالص رنگی و پودر برف از سنگهای رنگی به‌عنوان اولین رنگدانه ها مورد استفاده انسان قرار می‌گرفتند ).

محمل رنگها

مایعی است که با رنگدانه مخلوط شده ، کاربرد آنرا آسان می‌کند و در چسبیدن آن ، کمک می‌کند ( از سفیده تخم مرغ ، چسب عسل محلول قند به‌عنوان محمل‌های رنگ استفاده می‌شد). امروزه متداولترین محمل‌های رنگدانه‌ها را آب یا روغن تشکیل می‌دهد. از این‌رو رنگها را به دو دسته رنگ‌های روغنی و رنگ‌های آلی تقسیم می‌کنند.

انواع رنگدانه

اکسیدها

لیمونیت ( Fe2O3.2H2O ) برای تهیه رنگ قرمز مصرف می‌شود و یکی از قدیمی‌ترین رنگدانه‌هاست.

هماتیت ( Fe2O3 ) برای تهیه رنگ قرمز روشن بکار می‌رود.

دی‌اکسید تیتان ( TiO2 ) برای تهیه رنگ سفید روشن و بسیار مرغوب که در هوا تیره نمی‌شود، بکار می‌رود. معمولا آن را با سولفات باریم مخلوط می‌کنند.

اکسید روی ( ZnO ) که از مهم‌ترین رنگدانه های سفید است و از تجزیه کربنات روی و یا سوزاندن فلز روی در هوا حاصل می‌شود.

سرنج ( Pb2O3 ) که رنگ سرخ یا قرمز تیره دارد و بیشتر برای پوشانیدن سطح قطعات فولادی به‌منظور حفاظت آنها از زنگ زدن کاربرد دارد.

سولفید روی و لیتوپن

سولفید روی برای تهیه رنگ سفید مات مصرف می‌شود و از مزایای آن ، این است که بر خلاف سفیداب سرب در هوا سیاه نمی‌شود. این رنگدانه معمولا در تجارت بصورت مخلوطی از سولفید روی و سولفات باریم به نام لیتوپن مصرف دارد که رنگ سفید بسیار مرغوب است.

سفیداب سرب

این رنگ دانه عمدتا شامل Pb(OH)2 , PbCO3 که از قرن ها پیش شناخته شده بود. قدرت پوشش آنها زیاد است، ولی در هوا به‌علت وجود H2O به مرور سیاه می‌شود. برای تبدیل مجدد آن به رنگ سفید می‌توان از تاثیر پراکسید هیدروژن بر آن استفاده کرد.

دوده چراغ و زغال استخوان

یکی از اجزای رنگ سیاه و مرکب است و برای تغییر رنگ سفید به میزان دلخواه نیز مصرف می‌شود.

رنگدانه‌های فلزی

مانند پودر آلومینیم در روغن جلا که از آن برای حفاظت وسایل آهنی و فولادی استفاده می شود

برنز آلومینیم ( آلیاژ Al, Cu ) در روغن جلا که از آن ، برای ایجاد رنگ بسیار زیبای طلایی برای دور قابها و ... استفاده می‌شود.

رنگدانه‌های الوان

رنگدانه‌های آبی: مهم‌ترین این این رنگدانه‌ها ، آبی پروس و آبی نیلی یا لاجورد است. آبی پروس یکی از مهم‌ترین رنگهای آبی است. لاجورد نیز یکی از رنگهای آبی مرغوب است که از حرارت دادن مخلوط کائولین ، کربنات سدیم ، گوگرد و زغال سنگ در غیاب هوا حاصل می‌شود.

رنگ دانه های زرد: مهم ترین این رنگدانه‌ها ، کرومات روی و کرومات سرب است. از قطران زغال سنگ نیز رنگدانه‌های الوانی بصورت نمکهای نامحلول فلزات بدست می‌آید که در هیدروکسید آلومینین بصورت ژله می‌بندد. این ژله را پس از خشک کردن به‌صورت پودر با رنگدانه‌هایی نظیر کربنات کلسیم و سیلسس مخلوط می‌کنند و در انواع رنگهای مورد نیاز بکار می‌برند.

رنگ‌های روغنی

در این نوع رنگ‌ها ، رنگدانه را در یک روغن خشک شونده که استر گلیسیرین با اسیدهای چرب ، نظیر اسیدهای اولئیک و یا لینولنیک می‌باشد، حل می‌کنند. این روغن‌‌ها در هوا اکسیده شده ، به ترکیبات سیر شده تبدیل می‌شوند و لایه‌ای سخت مقاوم و محافظ تشکیل می‌دهند که از نفوذ آب در رنگدانه جلوگیری می‌کنند.

رقیق‌کننده

برای رقیق کردن و سهولت کاربرد رنگ بکار می‌رود و معمولا یک حلال هیدروکربنی نظیر ترپنتین است که به روغن تربانتین شهرت دارد.

خشک کننده

یکی از اجزای رنگ‌های روغنی است که در حقیقت نقش کاتالیزور را در تسریع اکسیداسیون و خشک شدن رنگ‌ها را دارد و معمولا مخلوطی از اکسید های سرب ، منگنز و کبالت در ( روغن بزرک ) بصورت استر مصرف می‌شود.

رنگ‌های پلاستیکی

با اضافه کردن رزین‌های سنتزی نظیر رزین حاصل از فنل و فرمالدئید که خاصیت پلاستیکی دارد، در روغن جلا ، رنگ‌های پلاستیکی حاصل می‌شود. این نوع رنگ‌ها به خاطر دوام و قابل شستشو بودن ، اهمیت و کاربردهای زیادی داردن.

گزارش کارآموزی در کارخانه رنگ سازی در 70 صفحه ورد قابل ویرایش

­عنوان


صفحه

مقدمه


4

مخلوط کن های مورد مصرف در صنعت رنگسازی


5

آسیاهای مورد مصرف در صنعت رنگسازی


11

آسیا با قدرت زیاد


13

آسیاهای مدرن با بازده زیاد


13

آسیاهای مدرن با بازده متوسط


14

آسیا مخلوط کن های سنگین


14

آسیای یک غلطکی


15

آسیای سه غلطکی


16

آسیای گلوله ای


22

آسیا با دور تند و تیغه های برنده


26

نحوه کار با آسیای دور تند و تیغه های برنده


27

آسیای آتریتور


31

عملیات رنگسازی


32

وظایف و خواص فیزیکی رزین


34

رزین آلکید


35

شرح فرآیند رنگسازی


37

نمودار گردش فرآیند


37

رنگدانه ها


41

قابلیت انحلال رنگدانه ها


42

قابلیت انحلال رنگدانه در آب


42

قابلیت انحلال رنگدانه دررزین ها حلالها و روغن ها


43

سطح تماس ذرات رنگدانه


45

فلزات خشک کننده


48

پخش کننده ها


48

مواد بازدارنده خوردگی


52

مواد ضد کف


54

حلال ها


57

حلال های نفتی


58

حلال های آروماتیک


59

الکل ها ، استرها و کتون ها


60

عملیات های واحد رنگسازی


61

پر کردن


64

واکنش و هم زدن


66

فیلتراسیون


68

فیلترهای ناشن


71

فیلتر های فشار


71

پرس های فیلتر


73

پرس های دیافراگم


73

فیلتر های تحت خلا مداوم


74

سانتریفیوژها


75

فیلترهای غربال


76

خشک کردن


76

اجاق ها


78

خشک کن های خلا با همزن


79

خشک کن های فیلتر


80

خشک کن های اسپری


80

خشک کن های غلطکی


82

خشک کن های گردش یکسره


83

خشک کن های با بستر سیال


84

خرد کردن و آسیاب کردن


84

طراحی و عملکرد واحد تولیدی


86













رنگ سازی

مقدمه

صنعت رنگ سازی در حقیقت اختلاط چهار جز اصلی رنگ پایه رنگدانه حلال و مواد کمکی در یکدیگر می باشد. در روند اختلاط این چهار جز که هرکدام ممکن است خود مجموعه ای از دو یا چند ماده ی دیگر باشد مرحله ی پخش رنگدانه و سایر مواد جامد در فاز مایع رنگدانه از مهمترین مراحل تعیین کننده ی کیفیت رنگ تولید شده می باشد برای این منظور از انواع مخلوط کن ها و آسیا ها و آسیا مخلوط کن ها استفاده می شودکه هر کدام از آن ها در نوع معینی از رنگ ها با درجه ی گرانروی خاصی از رنگ کارایی بهتری از خود نشان می دهد.

در این گزارش به اختصار به توضیح درباره این مخلوط کن­ها، رنگدانه­ها وهمچنین سایر عملیاتهای صنعت رنگسازی می پردازیم.











مخلوط کن های مورد مصرف در صنعت رنگسازی

این مخلوط کن ها را به سه دسته‌ی کلی تقسیم می کنند :

الف) مخلوط کن هایی که رنگ دانه و رنگپایه را با هم مخلوط می کنند و آن را تبدیل به خمیری می کنند که در مرحله ی بعد توسط یک آسیاب خرد و پخش می‌شود.

ب) مخلوط کن هایی که عمل اختلاط و آسیای رنگدانه در رنگپایه را همزمان انجام می دهد.

ج) مخلوط کن هایی که خمیر اسیا شده را با سایر مواد باقی مانده در رنگ مخلوط می کنند تا رنگ نهایی بدست آید.

مخلوط‌کن‌هایی که فقط به درد خمیر می خورند ممکن است از نوع سنگین یا ثابت باشند یا از نوعی که تانک ان ها قابل جابه جا شدن است این نوع مخلوط کن ها در کنار اسیا های شنی مورد استفاده قرارمی گیرند .

طرح مخلوط کن های ساخته شده توسط سازندگان مختلف تا اندازهای متفاوت می باشد اما اصول کلی کار آنها یکی می باشد .

مخلوط کنی که تانک ان قابل جا به جا شدن می باشد یک همزن دوتایی غیر ثابت دارد که می تواند خمیر های بسیار غلیظ را به هم بزند . هر یک از همزن ها حول محور خود می چرخد و هر دو با هم با سرعت نسبتا کمتری در یک حرکت سیاره ای تمام فضای داخل تانک را پوشش می دهند تا بدین نحو بهترین عمل اختلاط صورت گیرد انتهای همزن ها نزدیک به کف تانک می باشد و طوری نصب شده که خمیر از کف به مرکز منتقل می شود تا خمیری یکنواخت بدست آید در خلال مخلوط کردن رنگپایه و رنگدانه ارابه ی مخصوص حمل تانک مخلوط کن و خود تانک را محکم به پایه ی مخلوط کن می بندند و هنگامی که زمان اختلاط به پایان رسید برای حمل و خارج کردن خمیر به سرعت ان را باز می کنند این نوع مخلوط کن ها را برای تهیه ی خمیر هایی که غلظت بالا دارند به کار می برند در نتیجه باید در هنگام کار یک نیروی برشی زیادی را ایجاد کرد ظرفیت عملی این مخلوط کن ها تا 150 گالون می باشد.

عوامل موثر در کارایی این آسیا



1) نسبت قطر تانک به همزن

انواع گوناگونی از این آسیا با نسبت های متفاوت ساخته شده است. معمولا قطر تانک مورد استفاده سه برابر قطر همزن می باشد .

2) ارتفاع رنگ

در هنگام اختلاط رنگ نباید مقدار کمی داشته باشد مخصوصا در مواردی که نسبت قطر تانک به قطر همزن بزرگ است حداقل مقدار رنگ باید قدری باشد که ارتفاع رنگ با قطر همزن برابر باشد و بهترین نسبت 2-1.5 می باشد یعنی ارتفاع رنگ 2 تا 1.5 برابر قطر همزن می باشد در مورد رنگ های آستری و ضد زنگ که خمیر آنها با درصد بالایی از خمیر ساخته می شود می توان ارتفاع را به حداکثر ممکن رساند .

3) موقعیت همزن

همزن در مرکز دایره استوانه ای تانک قرار دارد و فاصله ی آن از ته تانک در بهترین شرایط باید نصف فاصله ی آن از سطح باشد این فاصله باید حدود 0.3 کل ارتفاع باشد

4) سرعت همزن

پیدا کردن یک سرعت مناسب برای همزن بستگی به ابعاد همزن و ترکیب رنگ مورد نظر دارد امروزه آسیا های با دور بسیار بالا حدود 6000 فوت در دقیقه ساخته می شود .

اکثر سازنگان به سرعت همزن توجه دارند تا تغییر در فرمولبندی به هر صورت سرعت های بالا 6000 فوت در دقیقه سبب می شود جریان آرام به ناآرام تبدیل شود و سبب رقیق شدن و ایجاد مشکلاتی می شود. خمیر هایی که با سرعت زیاد ساکن می مانند را باید با دور کند مخلوط کرد تجربه نشان داده است که در صورت کم بودن سرعت همزن نباید از رنگ ها با رنگدانه های بالا استفاده کرد .

با توجه به حجم تانکو فرمول بندی اخیر آسیا های باسرعت 1050 – 1350 متر بر دقیقه مورد استفاده قرار می گیرد . سرعت موتور همزن از رابطه ی زیر به دست می آید :





N سرعت موتور



V سرعت دیسک

5) زمان آسیا کردن



زمان طولانی برای آسیا نه مناسب است نه لازم اگر فرمول رنگ صحیح باشد و اندازه ی رنگدانه ها از 15 میکرون بیشتر تجاوز نکنند این زمان را می توان به 10 الی 15 دقیقه محدود کرد . اغلب تولید کنندگان رنگ بلافاصله بعد از افزودن رنگدانه آسیا کردن را انجام می دهند اگر عمل پخش رنگ به صورت خوبی انجام نگیرد این زمان به 30 دقیقه می رسد در حالی که بعد از 10 دقیقه دما بالا رفته و گرانروی پایین می اید و جریان ناآرام پدید می آید این دما ممکن است بر کیفیت رنگ تاثیر بگذارد بنابراین باید موضوع قبلا از طریق فرمول بندی و امکاناتی برای پابت نگه داشتن دما مورد بررسی قرار گیرد در هر صورت کاهش گرانروی این امکان را ایجاد می کند که بتوان مقداری دیگر رنگدانه به خمیر اضافه کرد.



آسیای آتریتور



این آسیا به منظور انواع مختلف پخش در صنایع شیمیایی ساخته شده است آسیای آتریتور را می توان همانند یک آسیای گلوله ای عمودی فرض کرد که در آن برعکس آسیای گلوله ای تانک آسیا ثابت آست و گلوله ها توسط یک شفت مرکزی که مجهز به بازوهای فولادی می باشد بهم زده می‌باشند و قطر آنها 0.375 تا 0.5 اینچ می باشد عموما کوچکتر Steatiteشود گلوله ها از جنس گلوله هایی هستندکه در آسیای گلوله ای از آن ها استفاده می شود چون حرکت آها به نیروی ثقل بستگی ندارد می توان به کمک آنها رنگی با یکنواختی بالا بدست آورد . در آسیا های بزرگتر محتویات آسیا را توسط یک پمپ از پایین به بالا پمپ می کنند و این عمل را آن قدر انجام می دهند تا بهترین حالت پخش انجام شود.



عملیات رنگسازی



صنعت رنگسازی از اختلاط چهار جزء اصلی رنگپایه و رنگدانه و حلال و مواد افزود نی میباشد. رزین ماده ی اولیه رنگ می باشد این ماده از لحاظ فیزیکی هم به صورت جامد و هم مایع وجود دارد. از رزین جامد در صنعت رنگ پودری استفاده می کنند. در رنگهای با بیس حلال از رزین مایع استفاده می کنند این رزین تشکیل شده از اسید های آلی می باشد که انواع مختلفی دارند رزین مورد بررسی در اینجا رزین آلکید می باشد این ماده در مرحله نخست مانند چسبی است که اماده گی تبدیل به رنگ را دارد با اختلاط مواد ذکر شده در بالا می توان عملیات رنگسازی را آغاز کرد . در آغاز مختصرا به مفهموم رزین و سپس چهار جزء اصلی رنگ در این قسمت می پردازیم.

رزین مفهوم و کاربرد



اصولا پوشش به مخلوطی اطلاق می شود که بتواند انتظار ما را در مورد تزئین و حفاظت سطح بر آورده کند عموما پوشش آلی از اختلاط موادی به نام رزین رنگدانه حلال و مواد اضافه شونده بدست می آید در صنعت رنگسازی اساس کار پخش کردن رنگدانه در رزین می باشد ذرات رنگدانه بایستی به طور یکنواخت در محیط پخش شود در صورتی که ذرات ذرات رنگدانه در رزین به خوبی پخش نشوند پس از مدتی بسته به میزان پخش شدگی در ته ظرف ته نشین می شود .هنگام مصرف اگر مصرف کننده نتواند رنگدانه های ته نشین شده را دوباره مخلوط کند رنگ کیفیت مطلوب را نخواهد داشت .

پایداری مخلوط به نیروی چسبندگی بین سطح ذرات رنگدانه و رزین بستگی دارد اگر این نیروها زیاد باشد ذرات رنگدانه از هم جدا شده و به طور معلق در ظرف باقی می ماند البته پس از گذشت زمان ذرات رنگدانه به جهت داشتن وزن مخصوص بالاتر به ته ظرف سقوط کرده و مایع نسبتا شفافی شامل مقدار

کمی رنگدانه رزین و حلال و مواد اضافه شونده در بالای ظرف باقی می ماند ولی اگر نیروی چسبندگی کم باشد ذرات از مایع جدا شده و در هم رفته و در ته ظرف یک کیک سخت به وجود آورند که حتی با به هم زدن نیز قابل امتزاج با بقیه اجزای رنگ نخواهد بود.



وظایف و خواص فیزیکی رزین



پایه اصلی پوشش آلی را رزین تشکیل می دهد و انتخاب نوع پوشش از روی تعیین نوع رزین انجام می گیرد .رزین وظایف عمده ای را دارد ایجاد فیلم روی سطح مورد نظر از وظایف اصلی رزین می باشد رزین به وسیله این خاصیت قادر است سطح زیرین را از محیط اطراف جدا کند ترکیبات با اندازه مولکولی بزرگ می توانند روی سطح جامد ایجاد فیلم کنند معمولا رزین به صورت مایع روی سطح پهن شده و با انجام یک یا چند واکنش پلیمریزاسیون جامد می شود با اینکه رزین مایع خود ساختمان پلیمری دارد ولی روی سطح پلیمریزه شده و جرم مولکولی آن بالا می رود و استحکام فیلم پلیمری به تعداد و کیفیت باندها ی بین مولکولی بستگی مستقیم دارد گاهی اوقات تشکیل فیلم فقط از طریق تبخیر حلال رزین صورت می گیرد . از وظایف دیگر رزین چسبندگی به خود و به سطح می باشد . چسبندگی خوب و پوشش سطح می تواند بسیاری از خواص سطح را حفظ کند و به صورت محافظ دائمی عمل کند . اصولا سه نوع باند یا پیوند در چسبندگی دخالت دارد باند های شیمیایی باند های قطبی و باند های میکانیکی در بیشتر اوقات حداقل دو باند در یک پوشش عمل می کند و اتصال رنگ را به سطح بر عهده می گیرد بدیهی است که طبیعت انواع باندهای چسبندگی هم به خصوصیات سطح فلز و هم به رنگ بستگی دارد.