粉体工程论文

粉体工程在环保中的应用环境问题是当今全人类共同关注的问题，它涉及到国民经济的各个部门。

从广义上讲，其研究领域及其广泛，不仅与人类及动植物的生存、生态有关，而且与经济发展有着密不可分的关系；从狭义上讲，环境工程作为一门工程学科，其研究内容主要体现在“三废”的治理上，即“废气、废水、废渣”。

粉体技术(也叫粉体工程、颗粒工程等)则是一门新兴的综合性交叉边缘学科，因其综合性、交叉性的特点，便与环境工程有着密切的关系。

粉体工程的研究领域涉及化工、冶金、建材、医药、食品、航空航天等许多部门和学科．自20世纪80年代以来，在我国已经得到了长足的发展，一些新技术、新工艺、新设备不断涌现，从而也带动了其它技术的发展。

目前，粉体技术在环境工程中的应用包括气固分离、固液分离、颗粒制备与处理等诸多方面，涉及到的具体课题则包括含尘气体的净化、气态污染物的净化、污泥污水的处理、各种工业废渣的处理等。

现在我们环境工程系借助粉体技术开展的环保课题有：各种除尘器的研制、废旧橡胶轮胎的处理、废旧印刷线路板的处理、各种粉尘颗粒的发生、纳米材料、气体的净化和污水的处理等方面。

新的粉体技术应用于环境工程中必将带来巨大的经济效益和社会效益，例如垃圾(包括工业废渣和生活垃圾等等)的处理问题，在粉体技术的研究中。

对材料的粉碎、分级、造粒等都已经有了较为成熟的技术和工艺，将这些技术和工艺应用于环境方面，不仅变废为宝、为二次资源的综合利用打下了良好的基础，将会给企业带来巨大的经济效益，而且又起到美化环境、净化大气的良好作用，由此而产生了巨大的社会效益。

现在比较热门的纳米技术参与到环境保护中米可以导致产品微型化，从而使所需资源减少，达到资源利用的持续化，以实现资源消耗率的“零增长”；同时用纳米技术还可制成非常好的催化剂，其催化效率极高，用于汽车尾气催化净化可使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物，使尾气排放无害化。

新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，可将污水中的悬浮物和铁锈、异昧等污染物除去，达到污水处理纯净化。

利用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长机器的使用寿命，达到噪声控制的有效化。

其几种常见的应用如下：一、纳米粉体高性能的纳米粉体材料具有其多种奇特和优良的功能特性，在国外最先应用于军事领域，随后逐渐向民用领域发展，在军事、能源、化学化工、敏感材料、光电、环保食品和生物医药等国民经济的各个领域有着十分广阔的应用前景，在人们的日用生活制品领域可涉及衣、食、住、行的各个方面，可显著地改善人们的生活环境、身体健康和生活质量。

纳米粉体的制备主要有物理法和化学法.制备所用的材料一般都是纳米复合材料。

常见的也是应用较广泛的就是聚合物基有机——无机纳米复合材料.聚合物基有机一无机纳米复合材料具有优异的阻隔性能，特别是插层法制备的PCH纳米复合材料表现出良好的尺寸稳定性和气体阻阳性。

随着层间插入法在热塑性塑料中不断取得成功，将粘土分散于环氧中制成涂料，在韧性、对水的阻隔性上都会有所改善，粘土的片状结构还有可能使涂层的光学性能发生变化，从而得到新型涂料。

Schmidt以γ—缩水甘油醚基硅烷(KH一560)为原料，采用溶胶一凝胶法制备的涂层有很好的柔韧性和耐磨性，可用作透明聚合物的抗磨涂层。

将含TiO2的涂层表面暴露在紫外线中，在几十个纳米的范围内，涂层表面会产生出交叉分布的亲水和亲油区域，可用作玻璃和其它表面上的防雾涂层和防污徐层。

同时纳米粉体在水污染和空气污染上也有广泛应用，这是一种新型的资源。

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最先得到应用的重要组成部分。

纳米材料制品作为一种高科技产品，其优良的性能在国民经济的各个领域都有广泛的应用，具有广阔的应用前景。

正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。

随着技术和社会的不断进步，代表2 1世纪先进科技的纳米技术和产业必将健康发展，具有无比广阔的前景。

二、食品加工的超微粉碎超微粉碎，是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术。

是20世纪70年代以后，为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。

超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。

因此超微细粉末已广泛应用于食品、化工、医药、化妆品农药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。

超微粉碎的原理：通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。

其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。

一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。

二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。

超微粉碎的特点：速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率，减少污染，可见粉体工程在食品加工方面的环境保护。

三、无机粉体无机粉体填充改性塑料无机粉体填充改性塑料在我国已有20多年的历史。

最初主要以降低成本为目的。

随着无机粉材料品种的增加，由n-r_技术的进步，粉体粒径的超细化新的活化处理剂不断出现，表面活化处理技术和填充改性理论的发展，无机粉体填充改性塑料正由原来单纯追求降低成本，已发展成开发新的功能性材料的重要手段。

如无机阻燃材料、阻隔红外线功能材料、补强增韧材料和纳米复合材料等。

我国的无机粉体填充改性塑料，无论在产量、品种，还是在生产技术和科学理论等方面，目前在国际上均处领先地位。

据有关资料报道，(1)2003年我国用于填充改性塑料仅碳酸钙(含重钙与轻钙)一项多达260万吨，占碳酸钙总产量的40％以上，如按当年塑料总产量1600万吨计算，塑料制品中平均填充碳酸钙量为16．25％，由此可见：无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业中所占的重要地位。

无机粉体填充改性塑料大范围的推广应用，推动了相关理论的发展，如刚性粒子增韧理论、微观界面设计与调控理论等都是我国科技工作者首先提出来的，(2—3)新理论的出现又进一步推动了无机粉体填充改性塑料的进步和发展。

近年来，问世的碳酸钙补强增韧母粒就是一个典型例子。

(4)用该母粒填充改性PP或PE，填充量为25—30wt％时，缺口冲击强度较纯树脂可提高25。

40％，断裂伸长率较纯树脂可提高1～2倍。

近几年来，由于我国塑料工业飞跃发展，由此而带来的白色污染也日趋严重，各级政府和有关部门先后颁发过多项关于预防和治理白色污染的法令和法规。

为了防治白色污染已研制开发出多种可降解塑料，如：淀粉基生物降解塑料，淀粉基光、生物降解塑料等。

这些降解塑料的问世，为解决我国的白色污染问题发挥了一定作用，但在实际推广应用过程中，逐渐发现它们还存在一些问题，如：加工工艺复杂、成本高、使用性能差、市场推广困难和企业效益低等。

在这种情况下，业内许多有识之士开始认识到无机粉体填充改性塑料在减量化、资源化和无害化等方面已成为解决我国白色污染重要途径。

在中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会2003年年会上，由湖南科汛环保塑料有限公司、福建师范大学化学与材料学院、中国环境科学院固体废弃物研究所会同60多个与会单位和个人共同向业内外和全社会发出倡议“高举环境友好塑料材料的旗帜，加快无机粉体改性塑料环境友好材料研究和产业化步伐”。

从环境保护考虑将无机粉体改性塑料作为环境友好材料，希望无机粉体填充量越多越好。

但无机粉体填充量过多会使材料的功能性、力学性能和使用性能明显下降，如何解决好这一矛盾问题既关系到这种环境友好材料更关系到无机粉体填充改性塑料今后能否持续健康发展的大问题。

众所周知，生产无机粉体填充改性塑料，除少数粉状树脂如PVC是将无机粉体直接与树脂混合使用外，绝大多数是通过填充母粒的方式。

也就是说先将无机粉体在各种助剂的作用下与少量载体树脂先制成填充母粒，再根据制品性能要求，将母粒与基体树脂按一定比例混合后加工成各种塑料制品。

所以决定制品的功能性和环保性能关键在于填充母粒的性能。

a、无机粉体的选择可用于塑料填充改性的无机粉体种类很多，常见的有：重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁粉等，品种不同，功能也不同。

其中氢氧化铝和氢氧化镁粉具有阻燃消烟功能；滑石粉可提高塑料的刚性和耐热性，与碳酸钙配合使用将产生良好的协同效果，应用于农膜中可增加光的散射作用和透光率，并对7。

2 5Urn波长的红外光有阻隔作用；高岭土填充到PVC电缆料中可明显提高电缆护套的绝缘性能，用于农膜中具有良好的阻割红外线功能，而且优于滑石粉，但透光率不如滑石粉好；硅灰石粉具有较大长径比，最大可大20：1，作为增强剂可用于替代部分玻璃纤维，与含卤有机阻燃剂配合使用，具有协同作用，可以提高制品的阻燃效果；云母粉呈片状晶形。

径厚比大，除具有补强作用外，还可提高塑料的刚性、耐热性和尺寸稳定性，云母粉的透光率比其它任何无机粉体都好，并有阻隔红外线功能，被广泛用于大棚膜中。

如果从减量化、资源化、有利于环保和降低成本考虑，在众多无机粉体中当属于重质碳酸钙，其白度高、资源丰富、易加工、价格低；其次是轻质碳酸钙。

这两种碳酸钙在填充改性塑料中用量最大，所涉及的塑料制品也最多。

作为填充改性塑料用无机粉体在质量要求上除纯度外，很重要的一项技术指标是粒径和粒径分布。

粒径大小，工业习惯用目数表示。

目数是指1平方英寸的筛网中所含有的筛网数。

目数与微米(Um)之间的关系是：筛孔直=15400Um ／目数。

从理论上来说无机粉体的粒径越小，填充到树脂中制得材料的力学性越好，但实际情况并非如此。

粉体的粒径越小，比表面积越大，粒子的内聚能越高，越容易团聚，填充到塑料中不易分散，相反会使材料的力学性能下降。

表1列出不同粒经的重质碳酸钙，相同的造粒工艺，在同一种牌号HDPE中填加25wt％碳酸钙测得材料的力学性能。

b、粉体表面活化处理剂与处理技术无机粉体粒子为极性，而树脂为非极性，二者难以相容。

要想使无机粒子均匀地分布到树脂中，并能与树脂的分子链产生较强的亲合力，必须对无机粒子表面进行活化处理。

目前所用活化剂有表面活性剂，如硬脂酸：偶联剂，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、稀土偶联剂和铝／钛复合偶联剂等；高分子处理剂如聚烯烃马来酸酐接枝共聚物等。

其中用的最多的是铝酸酯偶联剂和铝／钛复合偶联剂。

其用量一般为无机粉体质量的1．2％一2％，无机粉体的粒径越小，比表面越大，偶联剂的用量也就越多。