塗料の製造方法: 塗料製造プロセスのステップバイステップガイド

寧波の塗料工場のマネージャーが前週の生産記録を開いてよくある問題を発見しました。バッチ 2417 とバッチ 2418 は同じ配合、同じ顔料ロット、同じプロセス記録を使用していましたが、バッチ 2418 からのドローダウンでは色の強度が低く、粉砕が粗かったことがわかりました。問題は成分ではありませんでした。それが分散とレットダウンのステップが実行される方法でした。

塗料の製造は、分散、混合、テスト、充填という制御されたシーケンスで行われます。各段階が正しい装置とプロセスパラメータで実行されると、安定した一貫したコーティングが達成されます。この記事では、一般的な商業プラントで塗料がどのように製造されるか、どのプロセス段階が最も重要か、各段階でどのような混合および保管装置が最適に機能するかについて説明します。

塗料製造の概要: 4 つの制御された段階

工場が建築用塗料、工業用プライマー、自動車用塗料を生産する場合でも、生産順序は同じ構造に従います。以下の 4 つの段階は、ほぼすべての塗料製造プロセスに現れます。

上の表は全体の流れをまとめたものです。以下のセクションでは、バッチ間の一貫性に影響を与える装置の決定に特に注意を払いながら、各段階を実践的な観点から説明します。

ステージ 1: 顔料の分散

顔料は微粉末として塗料工場に届きますが、一次粒子は自然に集合して凝集体になります。納品された状態では、これらのクラスターは通常、測定を行います。 50～100ミクロン以上 。完成した塗料では、通常、顔料粒子を最小値まで減らす必要があります。 15～30ミクロンの範囲 、高光沢仕上げの場合はさらに細かい場合もあります。

分散は、凝集物を分解する機械的なプロセスです。これには、顔料の表面をバインダー溶液で濡らすこと、剪断力を加えてクラスターを分離すること、そして残りのプロセス中に再凝集しないように分離した粒子を安定化することという 3 つのことが同時に行われます。

顔料分散用工業用高せん断ミキサー このミキサーは、高トルクモーターと特殊な分散ディスクを使用して顔料の凝集を破壊し、高固形分含有量の塗料やコーティング用途で一貫した色と滑らかな仕上がりを保証します。 製品を見る→

ローターステーターミキサーは、このステップに必要な機械エネルギーを提供します。ローターは固定ステーター内で高速回転し、およそ 20～50m/秒 。スラリーはステーターに引き込まれ、高速で排出され、水圧によるせん断力と衝突力が発生し、凝集体が個々の顔料粒子に分割されます。

単純なパドル撹拌機から専用の分散装置にアップグレードする塗料工場の場合、顔料と塗料の粉砕用の専用の工業用高せん断ミキサーを使用すると、目に見えてより均一なミルベースを生成しながら、分散時間を数時間から数分に短縮できます。

市販の塗料バッチの一般的な分散パラメータ

• ローター先端速度: 20 ～ 50 m/s、顔料の硬度とバインダー システムに応じて異なります。
• バッチ温度: 溶媒の蒸発と樹脂の劣化を制限するために、50 ～ 60°C 未満に保ちます。
• 分散時間: バッチあたり 30 ～ 90 分、ヘグマン ゲージで検証
• 目標細かさ: ヘグマン スケール 6 ～ 7、ほとんどの工業用塗料のおよそ 15 ～ 25 ミクロンに相当

ステージ 2: レットダウンとブレンド

顔料が完全に分散したら、濃縮したミルベースを混合タンクに移します。残りの配合成分（樹脂溶液、溶剤、消泡剤、湿潤剤、殺生剤、チキソトロピック増粘剤）がここに追加されます。この段階はレットダウンと呼ばれ、塗料の最終的な粘度、流動挙動、塗布特性が決まります。

材料を加える順序が重要です。樹脂の注入が速すぎると、局所的な沈殿により再分散が困難な小さなゲルまたは斑点が形成される可能性があります。典型的な失望シーケンスは次のようになります。

1. 撹拌機を低速で始動し、ミルベースを混合タンクに投入します。
2. 樹脂と可塑剤を一度に注入するのではなく、一定の流れで加えます。
3. 蒸発を避けるためにバッチ温度を監視しながら溶媒をゆっくりと導入します。
4. 添加剤をブレンドし、サイクルの初期に消泡剤を使用し、終了近くに増粘剤を使用します。
5. サンプリング前に分散を安定させるために短い均質化パスで仕上げます。

水性塗料は、降下時に特に要求が厳しくなります。これらはエマルジョンであるため、過度のせん断により液滴が破壊され、バッチ全体が不安定になる可能性があります。安定した化学エマルジョン用の SS316L ホモジナイザー タンクは、塗料製造業者にこの段階での剪断制御を提供し、低粘度配合物と高固形分配合物の両方を処理するのに十分な柔軟性を備えています。

SS316L 反応性エマルジョン用ホモジナイザータンク このタンクは耐食性 316L ステンレス鋼と高性能ホモジナイザーで構築されており、金属汚染を防ぎ、要求の厳しい化学混合、ポリマー改質、高純度処理に適しています。 製品を見る→

混合タンクの設計は、撹拌速度と同じくらい重要です。撹拌機の形状が異なると、非常に異なる流れパターンが作成され、適切な構成により、混合されていない材料がタンクの底近くに集まるデッドゾーンが防止されます。混合タンクの仕組みと、さまざまなプロセスに適した構成の実際的な概要については、次の記事を参照してください。 ミキシングタンクとは何ですか .

ステージ 3: 品質テスト

塗料が充填ラインに送られる前に、すべての製造バッチが少数のプロセス管理テストに合格する必要があります。これらのテストには完全な分析研究所は必要ありません。最も一般的なバッチ欠陥を数分で検出できるように設計されています。

• 挽きの細かさ： ヘグマンゲージで測定。工業用塗料のターゲットは通常 6 ～ 7 で、これはおよそ 15 ～ 25 ミクロンに相当します。
• 粘度: ブルックフィールド回転粘度計で測定。液体ペイントは通常、25°C で 1 ～ 30 ポアズ (100 ～ 3000 mPa·s) の範囲です。
• 密度: 顔料とバインダーの比率が仕様の範囲内であることを確認します。
• 色の強さ: ドローダウンは、以前に承認されたバッチからの承認された参照サンプルと比較されます。
• 乾燥時間： フィルムのドローダウンチェックを簡単に行うと、硬化プロファイルが変化していないことが確認されます。

バッチがこれらのテストのいずれかに不合格になった場合、通常の修正措置は、粘度調整または追加の分散パスのために、バッチをレットダウンタンクに戻すことです。粉砕の細かさに失敗した塗料は、単純に濾過することはできません。粒子は濾過後に再び現れるため、正しい反応は高せん断装置を再度通過させることです。

ステージ 4: 充填と保管

品質が承認された後、塗料は通常 100 ～ 200 ミクロンのフィルターを通過し、充填ラインに移動します。充填容器は常に塗料を穏やかに撹拌し続ける必要があります。顔料が沈殿すると、最初の容器は最後の容器よりも薄くなり、実験室テストに合格したとしても、バッチ全体が欠陥品と判断されてしまいます。

完成した塗料は、1リットル缶から200リットルドラム缶までの容器に詰められるか、タンクに保管されて出荷されます。充填中に慎重に取り扱うと、分散およびレットダウンの初期に達成された一貫性が維持されます。

塗料製造に適した装置の選択

工場の生産能力を拡大したり、ある塗料ファミリーから別の塗料ファミリーに切り替えたりする場合（たとえば、溶剤ベースの工業用エナメルから水ベースの建築用塗料に切り替える場合）、機器のラインナップを再検討する必要があります。以下の表は、塗料製造において最も一般的な 3 つの機器の選択肢を比較しています。

溶剤ベースの塗料や中粘度の配合物を扱う生産ラインでは、可変速度のオープントップ容器が適度な資本コストで柔軟な混合能力を提供します。高速オープントップ化学薬品混合容器は、分散とレットダウンの両方の作業を 1 つのタンクで処理できるように設計された実用的な例です。

薬品混合用高速オープントップ容器 最大 960 RPM の可変速インペラとオープントップ設計を特徴とするこの容器は、強化構造により粉末を迅速に取り込み、顔料の分散と強力な流体混合を処理します。 製品を見る→

実用的な選択基準

• 構造材料: SS304 は溶剤ベースの塗料で一般的です。 SS316L は、水ベースのシステムおよび塩化物含有添加剤に適しています。
• ジャケット付き加熱または冷却: 分散およびレットダウン中に粘度を制御する必要がある場合に必要です。
• 定置洗浄機能: 色または製品ファミリーを切り替える際の切り替え時間を短縮します。
• タンク容量とバッチサイズの関係: 溶媒の追加とせん断による飛沫のために少なくとも 15 ～ 20% のヘッドスペースを確保します。
• 速度制御: 可変周波数ドライブにより、1 つのタンクを低剪断混合から高剪断分散に移行できます。

塗料の製造は一見すると単純に見えます。顔料、樹脂、溶剤を混合し、その結果をパッケージ化します。実際には、分散、レットダウンからテスト、充填までの各段階で、機器に異なる機械的要求が課せられます。バッチの一貫性は、配合だけで決まるというよりは、混合分散装置が顔料系、粘度範囲、生産規模にどれだけ適合するかによって決まります。

新しい塗料生産ラインの計画、既存のプラントのアップグレード、または分散能力の追加を計画している場合は、タンク、撹拌機、高せん断ミキサーを特定の配合に適合させることができる機器サプライヤーとプロセスについて話し合うことが役立ちます。 お問い合わせ プロジェクトの要件を確認します。