گزارش کارآموزی رنگ‌سازی ( مهندسی شیمی )

بخشی از مقاله

رنگ سازی
مقدمه
صنعت رنگ سازی در حقیقت اختلاط چهار جز اصلی رنگ پايه 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 کن¬ها، رنگدانه¬ها 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.
شکل زیر نشان دهنده ی نوع تیغه می بشد که سمت چپ شامل دو تیغه است و برای خمیر های غلیظ به کار می رود.

برای جلوگیری از ایجاد وقفه از مخلوط کن های دوقلو استفاده می کنند در این نوع مخلوط کن ها به طور متناوب یکی از مخلوط کن ها مشغول تهیه ی خمیر و دیگری تخلیه خمیر تولید شده به اسیا می باشد در هر یک از مخلوط کن ها دو همزن وجود دارد که بر روی یک شفت قرار می گیرند همزن بالایی ثابت و همزن پایینی قابل چرخش است همزن پایینی از جنس فولاد خشک و به شکل یک پره هی چند شاخه می باشد سرعت چرخش این همزن 35 الی 37 در در دقیقه می باشد.

تیغه‌های عمودی تعبیه شده برروی این همزن ها از فضای لابلای یکدیگر و نزدیک به هم عبورکرده و بدین ترتیب یک نیروی برشی قوی را ایجاد می کنند که می‌تواند خمیر‌های غلیظ را به هم بزند . همزن پایینی نزدیک به کف تانک قرار می گیرد و طوری نصب شده است که خمیر را به سمت بالا هدایت می کند علاوه بر این همزن پایینی مجهز به یک خمیر پاک کن می باشد که از تجمع و چسبیدن خمیر در اطراف تانک جلوگیری می شود البته در اکثر مواقع این عمل دستی و به کمک حلال مناسب انجام می شود. در انتهای هر یک از مخلوط کن ها یک دریچه‌ی خروجی تعبیه شده است که از طریق آن خمیر به سمت آسیا منتقل می شود.

سیستم کلاچ تعبیه شده بر روی شفت متحرک هر یک از مخلوط کن ها به نحوی است که اجازه می دهد هر کدام از انها را مستقل از یکدیگر به حرکت در بیاورد ویا متوقف کند .معمولا یک مخلوط کن دوقولو را بروی سقف بالای یک آسیای غلطکی قرار می دهند و خمیر تولید شده در مخلوط کن را از دریچه ی خروجی از طریق معبری با شیب تند که از سقف می گذرد به درون آسیای زیرین آن میریزند ظرفیت اختلاط این مخلوط کنها 50 تا 150 گالون می باشد.
در عملیات اختلاط به منظور دستیابی به حداکثر راندمان باید مواد تعیین شده بروی برگه‌ی تولید رنگ به صحیح و مناسب وارد مخلوط کن شود باید نخست بخشی از رنگپایه و بدنبال آن مقار مناسبی رنگدانه به مخلوط کن اضافه شود تا یک خمیر سفت بدست آید انگاه باقی مانده ی رنگپایه و رنگدانه را به خمیر اضافه می‌کنیم. غلظت در مخزن باید طوری باشد که همزن بدون توقف عمل کند را در این صورت حداکثر نیروی برشی به مخلوط وارد می شود . وقتی خمیر عاری از

هرگونه کلوخه شد باقی ماندهی رنگدانه را اضافه می کنیم. غلظت لازم برای مخلوط رنگدانه و رنگپایه دراسیا کمتر از غلظت لازم در مخلوط کن ها می‌باشد. بنابراین باید مقداری رنگپایه را باید نگه داشت تا همان طور که در بالا پیشنهاد شد پس از کامل شدن اختلاط در مخلوط کن آن را به خمیر تهیه شده اضافه کرد. به منظور حداکثر بهره ی ا قتصادی باید خمیر تهیه شده حاوی رنگدانه های بیشتر باشد با وجود این باید عوامل دیگری را هم در نظر گرفت برای مثال مقدار رنگپایه به کار رفته باید به مقدار کافی باشد و در صورت عدم رعایت این نکته ممکن است توده ای خشک یا خرد شونده بدست اید که نتواند چسبندگی لازم برای ایجاد تنش برشی را ایجاد کند. همچنین اگر

مقدار درصد رنگپایه کم باشد شرایطی همانند فوق پدید می آید.
حلال‌ها مرطون کننده های خوبی هستند اما دارای چسبندگی نمی باشند. رنگدانه‌ها نه تنها از نظر میزان جذب روغن و خصوصیات مرطوب شوندگی سطحشان با هم تفاوت دارند بلکه از لحاظ مرطوب شوندگی در مقابل رنگپایه های مختلف نیز متفاوتند بنابراین برای مخلوط کردن رنگپایه و رنگدانه باید بهترین نسبت انتخاب شود.
مخلوط کن هایی که عمل اختلاط و اسیا را با هم انجام می دهند شامل مخلوط کن های سنگین و مخلوط کنها ی تیغه دار با سرعت بالا می باشد .Banbury مخلوط‌کن‌هایی که برای رقیق کردن خمیر اولیه با سایر مواد باقی مانده مورد استفاده واقع می شوند غالباً به مخلوط کن های با تانک متحرک معروفند ظرفیت این نوع مخلوط کن ها از 50 تا 250 گالون می باشد و از انجا می توان

با یک مخلوط کن از چند تانک استفاده کرد.سرعت در این نوع میکسر ها ی 150 گالونی 155 دور بر

دقیقه می باشد و در میکسر های 250 گالونی 120 دور بر دقیقه می‌باشد تیغه‌ی پایین همزن تقریبا تمام فضای نزدیک کف تانک را جاروب می کند و تیغه ی بالا مواد را به سمت بالا می راند و بدین ترتیب یک جریان متلاطم و گردابی حاصل می شود . در صورتی که بخواهیم یک نوع رنگ

درمقیاس بالا تولید کنیم استفاده از تانک های رقیق کننده ی 500 الی 1000 گالونی ثابت بهتر و باصرفه تر خواهد بود با وجود این هزینه ی تمیز کردن تانک های ثابت به مراتب بیشتر از تانک های متحرک می باشد.
شکل زير نوعی میکسر آزمایشگاهی را نشان می دهد که رنگ قبل تولید انبوه در آن تولید می‌شود.

نمونه ای از یک میکسر آزمایشگاهی با تانک متحرک می باشد.

آسیا های مورد مصرف در صنعت رنگ سازی

قبل از ورود به مبحث اصلی لازم به ذکر است که خرد و آسیا کردن واقعی رنگدانه و تبدیل آن ها به ذرات کوچکتر در مراحل تهیه و ساخت رنگدانه توسط تولید کنندگان انجام می شود اما پس از تهیه و ساخت رنگدانه ها در خلال زمان انبارداری و حمل به محل مصرف این ذرات ریز به هم می چسبنددر نتیجه رنگدانه ی بدست آمده حاوی حاوی ذرات تجمع یافته درشتی می شود که باید در هنگام ساخت رنگ خرد شود و به همان ذرات اولیه تبدیل شود هدف از اسیا کردن خرد کردن ذرات به هم چسبیده است و منظور کاهش اندازه ذرات آن نمی باشد.

اسیا های مورد مصرف در صنعت رنگسازی را برحسب نوع با میزان قدرت خرد کردن و در هم شکستن ذرات گروه بندی می کنند.
الف)

آسیای یک غلطکی 1) Single roll mill
سه غلطکی 2) Three roll mill
گلوله ای 3) Ball mill
آتریتور 4) Attritor mill

ب) اسیا های مدرن با بازده زیاد

اسیای شنی و مهرهای 1) Sand & bead mills
آسیای سنگی با سرعت زیاد 2) High speed stone mills

ج) آسیا ی مدرن با بازده ی متوسط
آسیا با دور تند و تیغه ی برنده 1) High speed impeller grinder
آسیا های کینیتیکی 2) Kinetic dispersion mills

آسیا با قدرت زیاد
این آسیا ها قادرند انواع رنگدانه را در محیط رنگ از هم جدا و پخش کند آسیا‌های گلوله ای حتی برای آسیا کردن رنگدانه ای خشک به کار می رود ( در حد متوسط) . موادی مانند سنگ معدن باریت با این آسی خرد و ریز می شود اما این آسیا قادر نخواهد بود دی اکسید تیتانیم را به قطر 0.2 میکرون تبدیل کند کار کردن با این اسیا این خطر را دارد ک

ه با افزایش دما عمل اسیا کردن مختل و ذرات به هم بچسبند.

آسیا های مدرن با بازده ی زیاد
رنگدانه هایی که با اندازه ی مناسب ریز شده باشند با این دسته از اسیا ها در داخل محیط رنگ پخش می شوند این آسیا ها اغلب قابلیت خوبی برای استفاده شدن در خط تولید را دارند و سپس مخلوطی از رنگدانه و رنگپایه تغذیه می شود.

آسیا های مدرن با بازده¬ی متوسط
در شرایط دقیقا کنترل شده رنگدانه های مناسب را می بتوان با همزدن سریع به وسیله ی آسیا ها پخش کرد اما این اسیا ها قادر نیستند که با نیروی مکانیکی مداوم ذرات رنگدانه را به درجات بیشتری پخش کند و تنها قادر به پخش ذراتی است که به آسانی

پخش می شوند .
آسیا مخلوط کن های سنگین
این نوع ماشین عمل اختلاط و پخش کردن رنگدانه و رنگ پایه را یکجا انجام می‌دهد و برای کار کردن با خمیر های بسیار غلیظ که احتیاج به نیروی برشی زیادی دارتد طراحی شده است اما خمیر های مورد استفاده در آن به اندازه ی خمیر هایی که در آسیا های دو غلطکی به کار می رود غلیظ نیستند .
دو نوع از آسیا مخلوط کن های سنگین می باشد که از Dough و Banbury
نظر طرح شبیه به یکدیگرند اما مخلوط کن های بنبوری مجهز به سیستم های گرم یا سرد کن می باشد لذا پخش در این نوع مخلوط کن ها همانند پخش در مخلوط کن های دو غلطکی می باشد .
این نوع مخلوط کن ها از یک ظرف تشکیل شده اند که درون آن دو تیغه ی تداخل کننده با یکدیگر در جهت متفاوت می چرخند تیغه ها از نظر شکل و پیچش شبیه حف لاتین اس می باشد حرکت تیغه ها خمیر را به سمت مرکز ظرف می کشاند و آن را به زور به سمت لابه لای تیغه ها و از آنجا به سمت جداره ی ظرف و در پایان به سمت فضای بالای

مخلوط کن می فرستد و این چرخه دوباره تکرار می شود فاصله ی آزاد بین تیغه ها و ظرف نسبتا زیاد است و این به خاطر تنش برشی بالاست که خمیر بسیار غلیظ ایجاد می شود توده ی خمیر باید در دمای انجام عملیات اختلاط و آسیا باید به صورت سیال باشد و نباید میزان رنگدانه آن قدر زیاد باشد تا منجر به خشک شدن آن شود آین مخلوط کن ها برای تولید رنگ هایی که حاوی رنگدانه های درشت و ریز هستند مناسب نمی باشند .

آسیای یک غلطکی
تمام انواع خمیر ها را می توان با این دستگاه آسیا کرد و آن را به عنوان آسیای پایانی یا تکمیلی نیز مورد استفاده قرار داد یعنی خمیرهایی که تمام مراحل خود را طی کرده اند در پایان برای اطمینان از کامل شدن عملیات آن را از این آسیا عبور می‌دهند . لعاب هایی که مراحل تولید آن ها پایان یافته است سریعا از درو ن این آسیا نیز عبور می دهند تا بدین سان پخش آن ها بهبود یابد . برای کار با این آسیا خمیر را به داخل قیفی که بروی غلطک تعبیه شده است تغزیه می کنند و وقتی

خمیر از بین میله ی آسیا عبور می کند عمل آسیا کردن آغاز می شود میله ی پره ی آسیا کننده در محل خروجی قیف قرار دارد برای کنترل سرعت جریان خمیر می توان زاویه ی پره با غلطک را تنظیم کرد و همچنیم می توان فشار اعمال شده بروی میله ی آسیا را تا 750 پوند بر اینچ مربع تغییر داد.
شکل زير نمونه از میله‌ها در آسیای سه غلطکی می باشد

آسیای سه غلطکی

این آسیا از قدیمی ترین و پر مصرف ترین آسیا های غلطکی در صنعت رنگ سازی می باشد . این آسیا از سه غلطک تشکیل شده است که به ترتیب آنها از غلطک عقب ( خوراک دهنده ) غلطک مرکزی و غلطک جلو تشکیل شده است . هر غلطک در جهت مخالف غلطک مجاورش می چرخد سرعت چرخش آنها نیز متفاوت است نسبت سرعت هر غلطک به غلطک مجاور سه به یک می باشد . جدول زير سرعت غلطک ها را نشان می دهد :

غلطک 1 2 3
سرعت چرخش 35 115 345
( سرعت ها دو بر دقیقه می باشد)

شکل زير نمای کلی از یک اسیای سه غلطکی را نشان می دهد:

به طور کلی در آسیای سه غلطکی غلطک مرکزی در جای خود ثابت است و غلطک عقب و جلو را نسبت به آن تنظیم می کنند هر سه غلطک به وسیله ی گردش آب خنک یا گرم می شود کار این آسیا را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد :
1) قبل از به کار انداختن آسیا غلطک جلو را قدری از غلطک مرکزی دور می کنند تا در تماس نزدیک آن نباشد .
2) خمیر به دست آمده از مخلوط کن به درون فضای بین غلطک عقب و مرکزی تغزیه می کنند و اسیا را به کار می اندازند دو انتهای منطقه ی تغزیه خمیر توسط قطعه ی فلزی بسته شده است تا مانع خارج شدن خمیر گردد در نتیجه ی چرخش غلطک ها قسمتی از خمیر به تدریج به غلطک مرکزی می چسبد و یا انتقال می یابد .
3)غلطک جلویی را مجددا به غلطک مرکزی نزدیک می کنند تا در تماس با ان قرار گیرد در صورتی که غلطک ها به درستی تنظیم شده باشند لایه ی یکنواختی از خمیر چسبیده به غلطک مرکزی به روی غلطک جلو منتقل می شود و در این زمان آسیا و پخش نهایی رنگدانه صورت می گیرد . شکاف بین غلطک های عقب و مرکزی تعیین کننده ی ضخامت لا

یه ی خمیری است که به فضای بین غلطک مرکزی و جلویی منتقل می شود.
4) یک صفحه ی فلزی که در جلوی غلطک تعبیه شده است خمیر چسبیده به غلطک جلویی را از روی آن برداشته و به ظرف جمع کننده ی خمیر انتقال می دهد . فاصله ی این صفحه با غلطک جلویی نیز قابل تنظیم است و می توان ابتدا آن را از غلطک دور کرد و پس از تنظیم کردن کار آسیا دوباره آن را در تماس با غلطک جلوتر قرار داد تا خمیر را از روی غلطک بردارد .
5) برای آخرین بار فاصله ی بین غلطک های عقب و مرکزی را تن

ظیم می کنند تا به غلطک جلو که با سرعت بیشتری در حال چرخش است خمیر به مقدار کافی برسد و زمان آسیا کردن به حد معقول برسد .
تجربه ی بسیار زیادی لازم است تا بتوان در هنگام کار کردن با این اسیا غلطک های آن را با یکدیگر تنظیم کرد زیرا که خمیر های مختلف از اجزای مختلف تشکیل شده است و به همین علت عملکرد آن ها در هنگام آسیا متفاوت است و شاید لازم باشد برای هر یک از آن ها غلطک ها را در شرایط جدیدی تنظیم کرد . یک روش کلی کار برای راه انداختن آسیا این است که غلطک های عقب و جلو را در تماس نزدیک با غلطک مرکزی قرار دهند در صورتی که غلطک ها به درستی تنظیم شده باشند منجر به ایجاد سائیدگی شدید در یکی از دو انتهای غلطک می شود و عمل اسیا و پخش خمیر به درستی و به طور یکنواخت انجام نمی گیرد .
از آن جا که سرعت چرخش غلطک ها با هم متفاوتند باید فاصله ی بین غلطک های عقب و مرکزی نسبت به فاصله ی غلطک های مرکزی و جلو بیشتر باشد بنابراین در منطقه ی فعال بین غلطک های عقب و مرکزی کار اصلی خرد کردن ذرات به هم پیوسته و بزرگ رنگدانه و تغزیه فیلم یکنواختی از خمیر به منطقه ی فعال بین غلطک های مرکزی و جلو می باشد.
اگر غلطک جلویی باید تا حد امکان به غلطک مرکزی نزدیک باشد اما نشان داده شده است که با وجود این هنوز هم فضای بین دو غلطک در مقایسه با اندازه ی ذرات نهایی رنگدانه نسبتا زیاد می باشد .
فاصله ی تنظیم شده بین دو غلطک بین 10 تا 40 میکرون می باشد و این در حالی است که اندازه ی ذرات بسیاری از ذرات رنگدانه های اصلی کوچکتر یک میکرون می باشد و اندازه رنگدانه یارهای زبر و درشت بیشتر از 25 میکرون نمی باشد . واضح خواهد بود که ذرات به هم پیوسته رنگدانه ها باید در هنگام عبور از منطقه ی فعال بین غلطک های مرکزی و جلویی خرد شوند اما پخش ذرات نهایی رنگدانه باید با ایجاد نیروی برشی انجام گیرد برای ایجاد نیروی برشی قوی باید رنگپایه گران روی زیادی داشته باشد به همین دلیل روغن های غلیظ شده در مقایسه با روغن های خام بروی آسیای غلطکی نتایج بهتری را از خود نشان می دهد سیالیت خمیر در ایجاد نیروی برشی موثر است به طوری که بالا بودن درصد رنگدانه برای این منظور خوب نمی باشد در حقیق این امکان وجود دارد که در صورت کافی نبودن رنگپایه مصرفی ذرات به هم چسبیده رنگدانه تبدی

ل به ذراتی سفتی شود که آنگاه خرد کرد آنها دشوار می باشد.
نکته ی دیگری که باید در هنگام کار با آسیای سه غلطکی توجه کرد چسبندگی لحظه ای خمیر است این چسبندگی باید تا حدی باشد که بتواند بروی نیروی گریز از مرکز غلطک های متحرک فایق آمده و از ریزش خمیر جلوگیری کند چسبندگی لحظه ای معمولا توسط مولکول های قطبی حاصل می شود پخش خوب دی اکسید تیتانیوم در خمیر مخلوط اولیه برای بدست اوردن چسبندگی لازم مناسب می باشد. روغن های خشک شونده و نیمه خشک شوندهکه گرانروی آنها با دما افزایش می‌یابد و آلکید رزین ها معمولا رنگدانه ها را به خوبی در خود پخش می‌کنند و در نتیجه خمیر های خوبی از آن ها ساخته می شود که چسبندگی لحظه ای مناسب دارند . زمان تقریبی لازم برای عبور ذره ی یک رنگدانه از منطقه ی فعال بین غلطک های مرکزی و جلویی و

همچنین فشاری را که ممکن است در این منطقه بر روی خمیر اعمال شود محاسبه شده است در شرایط متوسط آسیا کردن این زمان حدود 0.001 ثانیه و فشار وارده از صفر تا حدود 250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشدفشاری که در این مدت زمان کوتاه وارد می شود دوباره به صفر می رسد و ممکن است بلافاصله در سطح رنگدانه فشار منفی ایجاد گردد و محیط مساعدی برای جذب گاز روی سطح رنگدانه فراهم می آید و حتی الامکان جذب رطوبت هوا توسط رنگدانه نیز وجود دارد
ظرفیت یک آسیای غلطکی به چهار عامل زیر بستگی دارد:
الف) سرعت چرخش غلطک ها و اختلاف بین سرعت آن ها
ب) فاصله ی شکاف بین غلطک ها
ج) سیالیت و گرانروی شکل پذیری خمیر
د) ابعاد فیزیکی غلطک ها به ویژه طول آن ها

آسیا های گلوله ای

این آسیا متشکل از یک استوانه ی دوار افقی از جنس فولاد سخت شده می باشد که دو انتهای آن بسته است و عمل اسیا کردن توسط گلوله ها ی فولادی انجام می‌گیرد در دیواره ی استوانه یک دریچه ی مستطیل شکل تعبیه شده است تا از طریق آن آسیا را تغزیه و تخلیه نماید در یکی از دو انتهای استوانه نیز محلی برای برای نمونه گیری از آُسیا در نظر گرفته شده است تا عملیات کنترل کیفی رنگ در خلال آسیا کردن انجام گیرد این نوع آسیا را می توان به صورت تکی و نصب شده بروی زمین مورد استفاده قرار داد یا مجموعه از آن ها را به شکل لاتین اچ با فاصله‌ی مناسب از زمین به کار برد . شکل زیر نمونه ای از آسیای گلوله ای تکی می‌باشد.

فاکتورهای تعیین کننده در راندمان کار آسیای گلوله ای به شرح زیر می باشد :

الف) سرعت چرخش
ب)نسبت حجمی گلوله ها و خمیر تغزیه شده به آسیا
ج) اندازه و وزن مخصوص گلوله ها
د) غلظت خمیر
سرعت چرخش آسیا از 50 تا 60 در صد سرعت بحرانی متفاوت است سرعت بحرانی سرعتی است که در آن سرعت نیروهای گریز از مرکز عمل کننده بر روی محتویات آسیا با نیرو های حالت مرکز برابر شود رابطه ی فیشر برای بدست اوردن سرعت بحرانی بدست آمده است:

قطر آسیا می باشد .D ثابت فیشر و K سرعت بحرانی S در رابطه ی بالا بر اساس شعاع رابطه به صورت زیر نوشته می شود:

اگر از معادله ی دوم استفاده کنیم سرعت چرخش آسیایی که قطر استوانه ی آن 6 فوت می باشد به صورت زیر محاسبه می شود:

دور بر دقیقه
دور بر دقیقه

بنا براین اگر یک آسیای گلوله ای 6 فوتی با سرعت بیش از 16 الی 19 دور بر دقیقه بچرخد نیروی گریز از مرکز بر نیروی جانب مرکز غلبه کرده و محتویات آسیا به جداره می چسبد و عمل پخش انجام نمی شود حجم گلوله ها و همچنین حجم خمیر تغزیه شده به آسیا بروی زمان موثر است سریعترین زمان برای اینکه خمیر به درجه ی خاصی از نرمی و ریزی برسد هنگامی است که 45 تا 50 درصد از حجم آسیا را گلوله های فولادی اشغال کرده باشد و مقدار خمیر نیز به آن اندازه باشد که مقدار کمی از گلوله ها را بپوشاند در بعضی از موارد حجم اشغال شده توسط گلوله های فولادی کمتر از 33 درصد می باشد این مسئله باعث کاهش هزینه ی خرید گلوله ها می شود و اجازه می دهد حجم بارگیری اسیا افزایش یابد اما از طرف دیگر زمان آسیا تقریبا طولانی تر از زمانی خواهد بود که حجم اشغال شده توسط گلوله ها 50 درصد است‌.
بنحوی ثابت شده است که گلوله ها و خمیر تغذیه شده باید به نقطه ای از جد

اره ی آسیا حمل شود که به نقطه ی ریزش معروف است.

آسیا ها با دور تند و تیغه های برنده

امروزه در تمام کارخانه های بزرگ تولید کننده ی رنگ این نوع آسیا ها فراوان یافت می شود چند مدل دیسک تیغه دار به صورت زیر نشان داده شده است این میله ها متصل به میله ایست که نیروی دورانی خود را از یک ا لکتروموتور می‌گیرد.

به همراه یک تانک ثابت یا متحرک که در آن رنگ مخلوط می شود عملیات انجام می گیرد شکل و ابعاد دیسک تیغه دار در پخش رنگدانه بسیار موثر است اما در هر صورت به کار بردن تنها این نوع آسیا برای پخش رنگدانه مناسب نمی باشد .این نوع آسیا تنها برای رنگ های تزئینی روغنی و امولوسیون مناسب است اما برای رنگهای صنعتی و مرکب ها استفاده نمی شود یکی از موارد مهم استفاده از این نوع آسیا ها کمک گیری از آن ها به عموان مخلوط کننده ی مقدماتی قبل از استفاده از اسیا می باشد پس باید این نوع ماشین را جزء آسیا مخلوط کن ها به شمار آورد که ساخت خمیر و آسیای آنرا یکجا انجام می دهد .

نحوه ی کار با آسیای دور تند و تیغه های برنده

ابتدا همزن را که متصل به یک محور متحرک دورانی است در مکان مناسب در داخل تانک قرار داده و دستگاه را ثابت می کنند سپس محلول رزین و رقیق کننده که بر اساس فرمول ساخته شده است به تانک می افزاییم و آسیا را به کار می اندازیم سرعت همزن به نحوی تنظیم می شود که باعث پاشیده شدن مواد به اطراف یا خارج از تانک نشود رنگدانه را به آرامی به داخل مخلوط در حال گردش اضافه می کنیم تا تمام رنگدانه و رزین خمیر یکدستی را تشکیل دهد در ابتدا افزودن رنگدانه کم کم اما بعد سریعتر انجام می شود تا بتواند داخل گرداب خمیر در حال چرخش فرو رود و درون رنگپایه پخش شود هر چه به مقدار افزودن مقدار رنگپایه افزوده شود حالت خمیری بیشتر نمایان می شود این عمل تا انجا ادامه می یابد که مرطوب شدن رنگدانه توسط رنگپایه به سختی صورت می گیرد زمانی که آخرین مراحل افزودن رنگدانه به پایان رسید سرعت همزن را افزایش داده در این هنگام بالا و پایین بودن تیغه همزن به مرطوب شدن رنگدانه کمک می کند در تانک برای مخلوط شدن رنگپایه و رنگدانه باید تیغه را به سطح انتقال داد تا رنگدانه های موجود در سطح به داخل محلول انتقال یابد .
همان طور که در پایان عمل اغشته شدن خمیر یکنواختی به دست می آید سرعت همزن را کم می کنیم و با یک برس آغشته به رنگپایه یا حلال خمیر چسبیده به دیوار تانک را جدا و به داخل تانک هدایت می کنیم آنگاه به تدریج سرعت آسیا را بالا برده و خمیر به مدت 10 الی 15 دقیقه در این زمان مخلوط می شود پیشنهاد می شود که محور دیسک در مرکز تانک واق

ع نشود و با قرار گرفتن در گوشه سبب به ارتعاش در آمدن تانک می شود به همین دلیل در شرایط خاص از آن استفاده می‌شود.

عوامل موثر در کارایی این آسیا

1) نسبت قطر تانک به همزن
انواع گوناگونی از این آسیا با نسبت های متفاوت ساخته شده است. معمو
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 ح

فظ 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.

رزین آلکید

رزین های انواع مختلف بر حسب نوع مواد اولیه به کار رفته در آن ها دارند . رزین مورد استفاده در کارخانه رنگ صفا شیمی رزین آلکید می باشد لذا در مورد این نوع رزین در این قسمت بحث می کنیم.
کلمه آلکید مخفف دو کلمه ی الکل و اسید می باشد و مبین این است که این ماده از واکنش یک الکل و یک اسید حاصل شده است و یا به عبارت دیگر پلیمر اصلاح شده یک استر منومر با روغن یا اسید چرب می باشد . بنابراین رزین های آلکید محصول بدست آمده از واکنش استری کردن یک پلی الکل با یک پلی اسید در حضور یک روغن یا یک اسید چرب یک ظرفیتی اطلاق می گردد . وزن مولکولی این ماده بالا و در حدود بین 100 تا 1000 می باشد. از آنجایی که در حین انجام واکنش آب تولید می شود این واکنش به نام پلی کندانسیون و آلکید بدست آمده پلیمر کندانسیونی نامیده می شود .

رزین های آلکید بر مبنای نوع روغن و یا اسید چرب به کار رفته در فرمولاسیون آن به دو نوع خشک شونده و خشک نشونده تقسیم می شوند که بر حسب مقدار روغن به کار رفته در آن به سه دسته طبقه بندی می شود و طول روغن عامل اصلی Long oilوMedium oilوShort oil
تعیین کننده خواص رزین ها از جمله انحلال پذیری ویسکوزیته انعطاف پذیری و سختی می باشد
با داشتن 25 الی 47 درصد وزنی روغن و یا اسید چرب در ساخت رنگ Short oilرزین های صنعتی به کار می رود و در حلال های قوی آروماتیک مانند نفتای آروماتیک سولوسالو 100 و 150 تولئون و زایلین انحلال پذیر بوده و بسیار سریع خشک می شود و لذا (solo solve) خاصیت برس خوری بسیار کمی داشته و بیشتر به صورت افشانه اسپری استفاده می شود . رزین های آلکید مصرفی در رنگ های کوره ای آلکید با خاصیت پلاستیلایزر رزین های نیترو سلولو زی از این نوع رزین می باشد .
با داشتن 47 الی 56 درصد روغن در رنگ های صنعتی و ساختمانیMedium oil رزین های مصرف می شوند . در صورتی که درصد های کم و پایین تر آن از نظر روغن یا اسید چرب در تولید رنگ های صنعتی کاربرد بیشتری دارد . چنانچه درصد روغن این نوع رزین ها در حد متوسط بین 47 و 56 باشد به هیچ یک از دو نوع رزینها نبوده بلکه قابلیت برس خوری خوبی پبدا کرده و در ساخت رنگ های

هوا خشک و رنگ های کوره ای دما پایین مانند رنگ اتوموبیل رنگ ترافیک و .... مصرف می شوند .
می باشد که با بیش از 56 درصد روغن دارای سرعت خشک شدنLong oil نوع سوم رزین ها کمتری بوده و از این جهت خاصیت برس خوری خوبی داشته و در رنگ های ساختمانی و تزئنینی با درصد بالای جامد مصرف می شود. رزین های آلکید علاوه بر صنعت رنگ درپخت سرامیک ها و مینا کاری و مذاب آن در صنایع الکتریکی و.... کاربرد دارد .
جهت تولید این ماده روش های گوناگونی به ثبت رسیده است که مهمترین روش آن روش حلال و ذوب می باشد. در روش حلال که به نام ،رایند آزوتروپی مشهور است از یک حلال بی اثر و غ

یر قابل حل در آب که معمولا نفتای آروماتیک با نقطه اشتعال بالا و گزیلول است استفاده می گردد . در روش ذوب از یک گاز بی اثر استفاده می کنند که این گاز علاوه بر بخار آب مقداری از الکل های پلی ا ل و انیدرید فتالیک حاصله در دمای بالا را با خود انتقال می دهد با توجه به فرآیند های مختلف تولید روش حلال به عنوان فرآیند بهینه بدلیل کیفیت بالا و قیمت تمام شده مناسب معرفی شده است.

شرح فرآیند رنگسازی
در این فرآیند رزین آلکید از استری کردن انیدرید فتالیک مخلوط آهک روغن برزک و پنتا اریترتیول تحت اثر حرارت و از دست دادن آب حاصل می شود نسبت مخلوط کردن مواد بر پایه ی استوکیومتری نبوده و بر اساس تجربه و منابع ذیربط می باشد . روغن برزن تصفیه شده و پنتا اریترتیول و آهک در راکتور تا دمای 230 درجه سانتیگراد گرم شده و تا زمانی که واکنش الکلی شدن کامل شود در این دما باقی می ماند این مخلوط متناوبا توسط یک همزن توربینی مخلوط می شود . سپس انیدرید فتالئیک به آن افزوده می شود و در همان دجه حرارت تا رسیدن درجه ی اسیدی به کمتر از 10 عمل اختلاط انجام می شود راکتور به کار رفته در این قسمت دارای تجهیزات مناسبی برای همزدن و انتقال دمای بالا می باشد در این روش از یک گاز بی اثر نیز استفاده می شود که زمان واکنش را تا 22.5 ساعت کاهش می دهد سرعت اختلاط تا حدود 600 دور در ثانیه می باشد و گاز با دبی تقریبی 0.04 فوت مکعب در دقیقه در راکتور می گردد و در پایان پس از انجام ماموریت محوله به محیط تخلیه می شود . جهت بخار های ا نیدرید فتالیکی که در دمای واکنش تصعید می شود هوا کشی باید تعبیه شود بخار های انیدرید فتالیک که با بخار آب همراه است با استفاده از یک مبدل

حرارتی از نوع لوله و پوسته سرد و جمع آوری می شود واکنش درفشار اتمسفریک انجام می شود . با استفاده از سیستم حرارتی بخار محصولی با کیفیت بالا و رنگ مناسب تولید می گردد هنگامی که واکنش کامل می گردد رزین توسط یک جریان آب خنک می گردد ( راکتور دارای دارای دو جریان سرد کردن و گرم کردن می باشد) .

 مخزن حلال عبور می کند این مخزن نیز مجهز به سیستم همزن می باشد و پس از این مرحله رزین آ لکید تحت عملیات فیلتراسیون قرار می گیرد .
رزین فیلتر شده وارد مخزن ذخیره شده تا از آنجا به سیستم پرکن انتقال یابد در سیستم بسته بندی محصول در بشکه های 200 کیلویی توسط نازل هایی پر شده و جهت توزیع در بازار مصرف به انبار منتقل می شود .
فرآیند تولید آلکید رزین در شرایط نیمه پیوسته طراحی شده است و برای داشتن محصولی با کیفیت مناسب باید موارد کنترلی دقیقی از قبیل خلوص مواد اولیه میزان تزریق گاز بی اثر و مقدار درجه حرارت و اختلاط صورت پذیرد.

نمودار گردش فرآیند

رنگدانه ها

رنگدانه ها ذرات جامدی هستند که برای به وجود آوردن خواص معینی در رنگ کاربرد دارند این خصوصیات شامل رنگ ظاهری پوشانندگی دوام و استحکام میکانیکی و محافظت سطوح فلزی در مقابل خوردگی .
برای رسیدن به مطلوب نهایی رنگدانه ها باید دارای خواص ویژه ای باشند این خواص در اینجا مطرح خواهند شد. رنگدانه ها به دو دسته تقسیم می شوند.
1) رنگدانه ها 2) رنگدانه یارها
الف) رنگدانه ها : رنگدانه ها به دو دسته ی معدنی و آلی تقسیم می شوند که از لحاظ خواص و کاربرد با هم متفاوتند.
ب) رنگدانه یارها: رنگدانه یارها موادی هستند که در رنگپایه نامحلولند و عملا هیچ نقشی در دادن رنگ و پوشانندگی به رنگپایه ندارند این مواد تنها به منظور تعدیل و اصلاح خواص رنگ مورد استفاده واقع می شوند .

قابلیت انحلال رنگدانه ها
رو افتادن رنگدانه : رو افتادن اصطلاحی است که جهت توصیف تغییر رنگ دهی یا بد رنگی به کار می رود که گاهی اوقات بر اثر اعمال یک رنگ سفید یا روشن بروی یک رنگ تیره آشکار می شود به طور کلی پیدایش این اثر در نتیجه تاثیر حلال پوششی بالایی بر رنگدانه های فیلم لایه ی زیرین

است . به عنوان مثال رنگدانه ی قرمز پارانیتر آنیلین تمایل به رو افتادن دارد. (Paranitraniline)
رنگدانه ای که خیلی کم در فاز مایع رنگ محلول است می تواند به طور رضایت بخشی مورد استفاده قرار گیرد به شرطی که هنگام اعمال رنگ دیگر بروی آن پدیده ی رو افتادن رخ ندهد.

قابلیت انحلال رنگدانه در آب
رنگدانه های طبیعی به جز یک یا دو استثنا مخصوصا ترکیبات کرم دار روی استرانسیوم همگی در آب نامحلولند در میان رنگدانه های آلی اکثریت در آب نامحلولند اما تعدادی از آن ها تمایل به رو افتادن در آب گرم را دارند.

قابلیت انحلال رنگدانه ها در رزین ها حلال ها و روغن ها
رنگدانه های معدنی در حلال ها و رزین ها و روغن ها مصرفی در صنعت رنگسازی نامحلولند قابلیت انحلال رنگدانه های آلی علاوه بر نوع رنگدانه به طبیعت و میزان گرو های استخلافی موجود در مولکول آن ها نیز بستگی دارد به طور کلی تونر ها و لیکها نسبت به رنگدانه های کمتر محلولند اما حلال های قوی مانند کتون ها استرها نسبت به سایر(Toner & lakes) دیگر حلال های هیدروکربنی که مصرف زیادی در صنعت رنگدانه دارند ایجاد رو افتادن می کنند .
قدرت پوشانندگی در رنگ عبارت است از متر مربع سطحی که یک لیتر رنگ طوری می تواند آن را بپوشاند که لایه ی زیرینش محو شود قدرت پوشانندگی یک رنگدانه عبارت است از مقدار سطحی که توسط یک کیلوگرم رنگدانه در صورتی که رنگ کاملا پخش شده باشد پوشانده شود قدرت پوشانندگی به عوامل زیر بستگی دارد:
1) ضریب انکسار نوری
2) طول موج نور تابیده شده
3) قدرت جذب نور رنگدانه
4) شکل و اندازه رنگدانه ( هر چه ریزتر بهتر)
در حال مطلوب یک بار پوشش رنگ کردن باید سطح زیرین را محو کند . اصولا محو کردن سطح زیرین ضخامت بین 10 تا 25 میکرون کافی است رنگدانه هایی که قابلیت جذب نور و ضریب شکست نور بالایی دارند می توانند این عمل را به خوبی انجام دهند .

ضریب انکسار برای چند رنگدانه سفید در زیر آورده شده است:
دی اکسید تیتان ( روتیل) 2.71
دی اکسید تیتان ( آناتاز) 2.55
سولفید روی 2.37
اکسید روی 2.08
اکسید سرب 2.09

ضریب انکسار برای چند رنگدانه یار:
(Extender)
کربنات کلسیم 1.58
تالک 1.49
سیلیکا 1.55
کربنات منیزیم 1.57

سطح تماس ذرات رنگدانه

بسیاری از خصوصیات رنگ از قبیل گران روی و سیالیت و پایداری می تواند تحت

شعاع تاثیرات متقابل بین رنگدانه و فاز مایع رنگ قرار گیرد . بسیاری از اوقات از اجزا معین پلیمر یا خشک کن ها جذب سطح رنگدانه ها می شود که میزان کلی جذب بستگی به طبیعت و سطح تماس ذرات رنگدانه بستگی دارد بنا براین دانسیته سطح تماس رنگدانه به میانگین اندازه ذرات پودر رنگدانه بستگی دارد و مقدار تقریبی آن ازرا بطه زیر بدست می آید :

M سطح تماس رنگدانه
D قطر متوسط
وزن مخصوص رنگدانه
قطر متوسط ذره ای می باشد که نسبت حجم به سطح آن مساوی با نسبت حجم به سطح کل نمو D
نه می باشد.
V حجم
A سطحی با قطر متوسط

مواد افزودنی

علاوه بر مواد ذکر شده مانند رنگدانه ها مواد دیگر برای تثبیت سهولت و مرغوبیت و نفوذ بهتر رنگ اضافه می شود که مواد افزودنی نام دارند .
این مواد افزودنی برای ساخت رنگ 1 تا 2 درصد و حداکثر 0.5 درصد وزن رنگ می باشد مواد افزودنی بر حسب ساخت رنگ بر حسب عملکرد طبقه بندی می شوند . بعضی مواد افزودنی در زیر آورده شده است :

مواد ضد اکسایش Anti skinning
مواد ضد ته نشینی Anti setting
مواد غلیظ کننده Body thickener
مواد مرطوب کننده Wetting surfactants
مواد ضد خوردگی Anti corrosion

مواد افزودنی دیگر از جمله ضد شناوری ضد رگه رگه شدن و... وجود دارد هر یک در رنگی ویژه و با هدفی خاص کاربرد دارد.

رنگ هایی که با آب رقیق می شوند رنگ پلاستیک مواد افزودنی خاصی را می طلبد این مواد عبارتند از
1) معرف های فعال سطحی 2) مواد ضد کف 3) مواد غلیظ کننده 4) مواد پیوند دهنده 5) فلزات
PH خشک کننده 6) مواد تنظیم کننده

فلزات خشک کننده

قدرت خشک کنندگی فلزات مورد مصرف متفاوت است ای فلزات معمولا به صورت کاتالیزور در رنگ عمل می کنند این کاتالیزور را از نظر میکانیسم عملکرد به دو گروه کاتالیزورهای فعال و کمکی تقسیم می کنند .
فلزات آهن کبالت منگنز از جمله کاتالیزور های فعال می باشند این فلزات آنهایی هستند که مصارف تجاری دارند نه همه فلزاتی که خاصیت خشک کنندگی دارند از خشک کن های باریم به علت مرغوبیت بیشتر نسبت به کلسیم در اروپا بیشتر از آمریکا استفاده می شود . فلز وانادیم که

به عنوان فلز خشک کن شناخته شده است امروزه مصرف چندانی ندارد کبالت و منگنز به تنهایی به عنوان کاتالیزور های فعال به کار می روند تجربه نشان داده است که معمولا مخلوطی از چند فلز بهترین نقش را در خشک کنندگی دارد و انتخاب یک مخلوط برای یک رنگ خاص باید در رابطه با مواد دیگر باشد.

پخش کننده ها
اصطلاح پخش به جدا ماندن و معلق ماندن ریزترین ذرات یک سیستم ( جامد مایع گاز ) را می گویند . در صنعت رنگسازی نقش پخش کننده ها جدا کردن ذرات جامد رنگدانه معلق در مایع است در وا قع پخش کننده از طرفی سبب مرطوب شدن سطح ذرات جامد رنگدانه و از طرف دیگر

سبب پیوند ذرات رنگدانه به مایع می شود یک سر مولکول پخش کننده جذب سطح ذرات می شود و سر دیگر آن معرض معرض جذب مایع قرار می گیرد اصولا ذرات رنگدانه بار دارند و چون بار های یکسان همدیگر را دفع می کنند پس از جذب پخش کننده ذرات از یکدیگر جدا باقی می ماند بعضی از رنگدانه ها آ ب دوست و برخی آب گریز می باشند لذا برای هر رنگدانه پخش کننده خاصی مورد استفاده واقع می شود .
در صنعت رنگسازی اصل کلی تولید رنگ پخش ذرات رنگدانه در محلول رزین است به طوری که پخش کننده می تواند تاثیر مهمی در کیفیت رنگ بگذارد به طور مثال در رنگ های محلول در آب در صورتی که رنگدانه خوب در آب حل شود پوشش بالا می رود همسطحی بیشتر و رنگ رنگدانه ها بیشتر نمایان می شود از مواد غیر آلی مانند فسفات ها و سیلیکات ها به عنوان پخش کننده رنگدانه ها استفاده می کنند این مواد روی سطح رنگدانه ها جذب می شوند و بار های الکترواستاتیکی یکسان روی آن ها ایجاد می کند در نتیجه ذرات یکدیگر را دفع می کنند .

در جریان اختلاط جذب میان پخش کننده و ذرات رنگدانه جایش را به جذب میان آب و ذرات رنگدانه می دهد یون های چند ظرفیتی عمل پخش را تضعیف می کنند وجود یون های کلسیم و منیزیم در آب سبب تضعیف عمل پخش می شود لذا برای پوشش خوب نباید یون های دوظرفیتی مزاحم در محلول وجود داشته باشند و سختی آب باید کاهش بیابد .
بعضی از انواع فسفات ها و سیلیکات ها که به عنوان پخش کننده در رنگ به کار می رود عبارت است از:

فسفات ها سیلیکا تها

تترا سدیم پیروفسفات سدیم متا سیلیکات
سدیم تری فسفات سدیم دی سیلیکات
سدیم متا فسفات
سدیم دی فسفات

اصطلاح لخته شدن عموما در رابطه با پخش مطرح است در واقع زمانی که رنگدانه به درستی پخش شده باشد میل به لخته شدن پیدا می کند اصطلاح باز شدن نیز زمانی به کار می رود که ذرات رنگدانه جدا از یکدیگر در محیط پخش باشد کار اصلی یک رنگساز در واقع این است که رنگدانه ها را بهتر در رنگپایه پخش کند و برای کار از دستگاه های ذکر شده استفاده می شود
علاوه بر انواع دستگاه ها رنگدانه های میکرونیزه رنگدانه هایی هستند که قطر ذرات آنها تا حد چند میکرون کوچک است شکل ذرات رنگدانه در چگونگی پخش دخالت دارد رنگدانه به اشکال مختلف سوزنی کروی و غیره وجود دارد با توجه به اینکه قطر و شکل ذرات یکسان نمی باشد بهترین پخش زمانی انجام می گیرد که کلیه اندازه ها و شکل ها به طور یکنواخت در هر نقطه رنگپایه وجود داشته باشد. اگر قطر ذرات از حد مشخصی کمتر باشد پوشش دلخواه بدست نمی آید در صورتی که قطر ذرات رنگدانه نزدیک به طول موج نور قرمز باشد یا ساختار بلوری رنگدانه تخریب می شود یا رنگدانه رنگ خود را از دست می دهد و پوشش مورد نظر به دست نمی آید . کوچک بودن قطر ذرات رنگدانه به تنهایی نمی تواند ضامن خوبی برای پخش باشد چه بسا پس از یک پخش مطلوب ذرات دوباره لخته شوند .
در مرحله تولید رنگ عوا مل پخش کننده دو اثر مهم به جای می گذارد 1) کاهش زمان اختلاط
2) قابل مصرف شدن رنگدانه ها با قطر بزرگ

مواد بازدارنده خوردگی
تبدیل یک فلز به اکسید آن فلز را خوردگی می نامند اصولا یکی از وظایف عمده پوشش های آلی حفاظت از فلزات در برابر خوردگی است با استفاده از پوشش های آلی به دو روش می توان میزان خوردگی را کاهش داد.
الف) با منفی کردن فولاد و جلوگیری از حل شدن یون مثبت آهن موجود در فولاد . در داخل الکترولیت می توان از اکسایش آهن تا حد زیادی جلوگیری کرد بدین ترتیب اگر فلز فولاد را به فلزی با فعالیت بیشتر مثل روی یا منیزیم متصل کنیم در این صورت پتانسیل منفی به آهن القا می شود و از حل شدن به صورت یون آهن خودداری می شود به این روش حفاظت کاتدی می گویند .
ب) می توان موادی را افزود که این مواد از حرکت یون های آهن به داخل الکترولیت خوداری می کند این روش را خنثی سازی آندی و بازدارنده مربوطه را بازدارنده آندی گویند.

پودر روی می تواند در رنگ ها سطح فولاد را با روش حفاظت کاتدی از خوردگی محافطت کند به شرطی که مقدار روی به کار رفته در فیلم خشک از حدود 95 درصد وزنی کمتر نباشد .
در بعضی رنگ ها از آب به عنوان حلال استفاده می شود آب محلول در این رنگ ها می تواند محیط مستعدی برای خوردگی ایجاد کند اگر این رنگ در یک ظرف فلزی ریخته شود احتمال خورده شدن ظرف بسیار زیاد است . رنگ های قلیایی استعداد خوردگی کمتری را نسبت به رنگ های اسیدی دارند .
خوردگی در محل درزها بیشتر به چشم می خورد در سال های اخیر به دلایل زیادی رنگ های محلول در آب توجه بیشتری را به خود جلب کرده اند به موازات آن مواد کمکی مربوط به جلوگیری از خوردگی و ظروف مورد استفاده نگهداری این رنگ ها نیز اهمیت پیدا می کند ظروفی که برای رنگ های محلول در آب به کار می رود معمولا از جنس ورق حلب هستند ورق حلب معمولا در محیط آبی مستعد خوردگی است و ممکن است با خورده شدن آن رنگ تخریب شود و یا رنگ آن تغییر یابد بنابراین بهتر است برای حفاظت آن ها تدابیری اندیشه شود آزمایشات نشان داده است که به وسیله بنزوئات نیترات می توان از خوردگی ورقه حلب جلوگیری کرد این ماده یکی از پر مصرفترین مواد ضد خوردگی است و بسته به خاصیت اسیدی محیط از 0.2 تا 0.5 درصد کل رنگ استفاده می شود .
بنزوات اسید بدون رنگ بی بو و کاملا محلول در آب است و برای بدن مضر نمی باشد این ماده باید عاری از کلر باشد زیرا که آن ها کارایی تمام بازدارنده ها و از جمله بنزوئات سدیم را کم می کند اگر رنگ مورد نظر اسیدی باشد افزایش نیتریت سدیم از 0.1 تا 0.2 نسبت به کل رنگ به تاثیر بنزوات سدیم کمک می کند در صورتی که نیتروبنزوات و نیتریت سدیم به صورت جامد مورد استفاده واقع شود به صورت یکنواخت پخش نمی شود و عمل بازدارنگی ناقص می ماند .

مواد ضد کف
کف سیستمی است مشتمل از دو فاز گاز و مایع که فاز گاز در مایع پخش شده است هنگام کار با دستگاه های مخلوط کن و پر کردن رنگ کف ایجاد می شود و این مسئله موجب کند شدن تولید مسدود شدن پمپ ها و لوله ها و افزایش هزینه تولید رنگمی گردد لذا باید در زمان تولید رنگ موادی به آن افزود که بتوان مانع ایجاد کف می شودو یا آن را از بین ببرد این مواد را تحت عنوان مواد ضد کف یا مواد کف زا می شناسند اما از نظر دسته بندی کلی مواد افزودنی رنگ می توان آن ها را جزء مواد فعال کننده سطح به شمار آورد مکانیزم پیدایش کف از لحاظ فیزیکی به طور کامل و واضح مشخص نیست لذا در مورد عملکرد آن مکانیزم های متعددی معرفی شده است که

هیچکدام به صورت همگانی پذیرفته نشده است و در هر موردی قابل استفاده نیستند .هر چند که عوامل فیزیکی متفاوتی از قبیل گرانروی فعالیت سطحی حلالیت خاصیت کشسانی فیلم محاط کننده حباب های هوا یا گازهای دیگر و سرعت خروج مایعات موجود در این فیلم ها در پیدایش و پایداری کف موثرند اما تمام تئوری های ارائه شده دلالت بر این دارد که بین خواص ماده ضد کف و کشش سطحی ماده کفزا و محلول کف کننده رابطه مهمی وجود دارد .
دخالت این همه عوامل مختلف در سیستم کف روابط داخلی بسیار پیچیده ای را به وجود م

ی آورد که تشریح میکانیزم پیدایش کف عملکرد مواد ضد کف کنترل عملی آنها را مشکل می سازد .
انتخاب مناسب ترین و موثرترین ماده ضد کف یا کف زا یک مسئله نسبتا مشکل است اما قوانین زیر هر چند که مشکل هستند می توانند می توانند کمک زیادی در این امر باشد.
1) کشش سطحی ماده ضد کف باید از کشش سطحی محلول کمتر باشد.
2) ضد کف باید درون محلول کف کننده خاصیت حلالیت کمتری داشته باشد .
3) ضد کف باید در محلول به خوبی حل شود .
4) ضد کف نباید با محلول کف کننده واکنش دهد .

5)ضد کف باید ضریب گسترش بالایی داشته باشد .
6) ضد کف نباید اثرات زیان آور در محصول نهایی داشته باشد .
7) ضد کف نباید بو ومزه خاصی از خود بر جای بگذارد.
8) ضد کف نباید موجب تجمع رنگدانه یا ناپایداری محلول شود.
مهمترین مواد ضد کف سیلیکون ها و بعضی الکل های شش الی ده کربنه طبیعی مشتقا ت پلی اتیلن اکساید و پلی پروپیلن اکساید و بعضی از محصولات طبیعی مانند ترپنتین روغن کاج و... می باشد . توصیه می شود که برای استفاده از نوع و میزان Wool creaseو روغن پشم مصرف هر یک از مواد کف زا از اطلاعات سازنده استفاده شود و حدود 0.1 تا 0.5 درصد از وزن کل را شامل می شود .
یکی از روش های عمومی در صنعت رنگ این است که نصف مواد ضد کف مورد نظر را ضمن پخش کردن رنگدانه به مخلوط بیافزاییم تا از تشکیل کف جلوگیری شود سپس بقیه مواد ضد کف را در مرحله همرنگ کردن جهت عدم تشکیل کف بیشتر در هنگام پر کردن قوطی ها و استعمال رنگ اضافه می کنند . البته استفاده از دو نوع ماده ضد کف منطقی می باشد زیرا ممکن است یکی از آن ها در شرایط سخت پخش رنگدانه موثرتر می باشد و دیگری در شرایط نگهداری طولانی مدت رنگ مفید تر واقع شود.

حلال ها

به طور کلی سه نوع حلال فرار وجود دارد . حلال حقیقی که تمایل به حل کردن ماده تشکیل دهنده اصلی لایه دارد حلال نهایی که در صورت استفاده با یک حلال حقیقی چنان عمل می کند که گویی یک حلال حقیقی است و رقیق کننده یک ماده غیر حلالی است که توسط پوشش تحمل می شود .
پس در یک لاک اتیل استات حلال حقیقی و اتیل الکل حلال نهایی و هیدروکربن های نفتی رقیق کننده می باشد در یک رنگ شیرابه ای آب را می توان به عنوان حلال حقیقی در نظر گرفت اما در یک لعاب آلکید آب ممکن است رقیق کننده محسوب شود .

این سوال ممکن است به نظر برسد که چرا باید از ماده ای استفاده کرد که در رنگ باقی نمی ماند جواب این است که این ماده موجب خواص اساسی در لایه و کاربرد آن می شود به استثنای پوشش های جدیدی که صد در صد جامد هستند نظیر پوشش های پودری رنگ را نمی توان بدون استفاده از حلال استفاده کرد می توان گفت مهمترین خاصیت حلال کاهش ویسکوزیته به حدی است که بتوان پوشش را با قلم مو غلطک غوطه وری و یا پاششی مصرف کرد .

حلال زمان سفت شدن لایه رنگ را کنترل می کند که در آن به نوبه خود توانایی یک لایه نازک رنگ را در مخلوط شدن با لایه نازک رنگ بعدی تحت کنترل دارد . به علاوه حلال خواص مهمی نظیر همترازی یا جریان یافتن جلا زمان خشک شدن دوام تمایل به سینه دادن و سایر مشخصات خوب یا بد در رنگ خیس یا لایه رنگ را کنترل می کند

حلال های نفتی

این حلال ها عمومی ترین گروه حلال ها ی به کار رفته و در صنعت پوشش ها هستند این حلال ها تشکیل شده از هیدروکربن هایی است که از تقطیر و پالایش نفت خام بدست می آید .
انواع هیدروکربن هایی که سریع تر تبخیر می شوند به عنوان رقیق کننده مورد استفاده واقع می شوند و در لاک ها هیذروکربن هایی که اول خارج می شوند مورد استفاده واقع می شوند .
حلال های گروه حد واسط در رنگ های تجاری مورد استفاده واقع می شود .
نفت سفید تا نفت سیاه به عنوان گروه های خروجی از برج تقطیر به مصارف حرارتی و روان کاری و کابرد های دیگر می رسد .
مهمترین گروه مورد استفاده در رنگ های تجاری و جلا ها از حلال های نفتی معمولی و حلال های نفتی سنگین تشکیل شده اند .

حلال های آروماتیک

این گروه شامل هیدروکربن های حلقوی از تقطیر قطران زغال سنگ یا اجزای تقطیر نفتی خاص به دست می آید این هیدروکربن ها معمولا ترکیبات شیمیایی خالصی بوده و نسبت به هیدروکربن های نفتی حلال های حلال هایی به مراتب قوی تر ند به استثنای نفتای با نقطه اشتعال بالا حلال های آروماتیک به ندرت در پوشش های تجاری استفاده می شود اما در پوشش های شیمیایی و

صنعتی به کار می روند از آن جایی که حلال های آروماتیک مواد شیمیایی خالص هستند نقطه جوش معین دارند در مقایسه با حلال های نفتی که نقطه جوش آنها در یک محدوده دمایی خاص قرار دارد .
حلال های آروماتیکی که نقطه جوش پایینی دارند به طور طبیعی سریع تر تبخبر می شوند و بهتر خشک می شوند عمومی ترین این حلال ها تولئون با نقطه جوش 110 در لاک ها و مواد صنعتی سریع خشک و بیشتر عمومیت دارد .

بنزن حلالی دیگر با نقطه جوش 79 کاملا سمی در رنگبر ها کاربرد دارد و سبب کدری و سفید شدن یک لایه روشن می شود .
زایلین با نقطه جوش 138 حلالی دیگر است که در لاک ها و مواد صنعتی با تبخیر کندتری در آن ها مورد نظر است عمومیت دارد .

نفتا با نقطه اشتعال بالا مخلوطی از آروماتیک های کند تبخیر می باشد دامنه تبخیر 149 تا 177 می باشد و مورد استفاده لاک ها و مواد صنعتی با قلم مو می باشد .

الکل ها – استر ها و کتون ها

از این حلال ها در رنگ های صنعتی و به خصوص لاک ها به مقدار زیادی استفاده می شود عمومی ترین آنها شامل :
استون : حلالی بسیار قوی و بسیار سریع تبخیر می شود و سبب تیره شدن رنگ می شود ( استفاده در رنگ بر ها)
اتیل استات : یک حلالی است بسیار سریع تبخیر می شود و استاندارد برای استفاده لاک ها می باشد و هزینه کمی دارد .
بوتیل استات : یک حلال بسیار خوب با نقطه جوش متوسط برای لاک ها و مقاومت خوبی در مقابل تیره شدن از خود نشان می دهد .
اتیل الکل و بوتیل الکل همانند حلال های بالا در لاک ها به کار برده می شود .
سایر کتون های معمول در لاک ها مصرف می شوند متیل اتیل کتون و متیل ایزو بوتیل کتون ( با تبخیر آهسته تر ) که بسیار قوی و با قیمت ارزان می باشند .
بسیاری از حلال های کند تبخیر گاهی در لاک ها برای جلوگیری از تیرگی و یا مصرف با قلم مو به کار می رود در میان فراورده های عمومی می توان از لاکتان ها و سلو سولو و کریپتون نام
( cello solve ) نام دارد .

عمليات‌هاي واحد رنگ‌سازي
تعريف قابل قبول عمومي عمليايت واحد توسط AD Little درسال 1915 ارايه شده است هر فرايند شيميايي درهر مقياسي كه اجرا گردد را مي توان به يك سري تنظيمات كه به نام عمليات واحد ناميده مي شود تحليل نمود مانند پودر كردن خشك كردن در كوره قرار دان كريستاليزه كردن فيلتر كردن تبخير كردن الكتروليز كردن وغيره . كارخانجات توليدي معمولا ازنظر فيزيكي شامل يك سري ماشين آلات توليدي (نظير راكتور ، فيلتر ،خشك كن) هستند كه يك سري عمليات واحد را به ترتيب صحيح مورد نياز انجام مي دهند. ظرفيت يك خط توليدي (يعني مقداري كه مي تواند توليد نمايد) نمي تواند بيشتر از ضعيف ترين واحد آن باشد.

روش هاي مختلفي براي طبقه بندي اين عمليات واحد وجود دارد و حدود 25 عمليات معين شده اند عمليات واحدي كه بيشتر به توليد مواد رنگزا و مواد واسطه مربوط هستند عراتند از :
الف- جابجايي مواد
ب- جذب و جذب سطحي
د- استخراج مايع – مايع
ه- جداسازي جامد- مايع (فيلتراسيون)
و- تبخير
ز- كريستاليزاسيون
ح-همزدن
ط- خشك كردن
ي- كاهش اندازه ذرات جامد