粉体表面改性设备
SLG 型连续式粉体表面改性机应用研究
SLG型连续式粉体表面改性机应用研究郑水林1李 杨2骆剑军31.中国矿业大学北京校区，北京 100083；2.北京工业大学；3.江阴市启泰非金属工程有限公司摘 要：在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上，介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。
工业应用结果表明，SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性，能使它们充分和机会均等地接触，对粉体，特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好，且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。
关键词：粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体在现代有机/无机和无机/无机复合材料中，广泛应用各种无机粉体原(材)料。
这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性，对复合材料的性能，尤其是力学性能有重要的影响。
而且，随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进，解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。
此外，随着对粉体材料功能性要求的提高，粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。
因此，现代粉体材料，尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术，已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。
粉体的表面改性或表面处理技术，包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。
其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。
性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性：①对粉体及表面改性剂的分散性好；②粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等；③改性温度可调；④单位产品能耗低；⑤无粉尘污染；⑥操作简便、运行平稳。
我国粉体表面改性技术的发展较晚，在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。
除湿法改性之外，干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。
由于不是针对粉体表面改性处理，尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的，这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。
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条 件 下 分 散 到 高 岭 土 中 ， 高 岭 土 表 面 产 生 吸 附 在
和 包覆 作 用 ， 现 表 面 改性 。 实
收 稿 日 期 ：０ ２—０ ２０ ４—０ ５
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技术经验 ・
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改 性 筒 容 积 ： ８ Ｌ； １０
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２０ ０ ２年 第 ７期
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行 ， 助简体加热迅速改性成 膜及球化 处理， 借 包覆 均 匀 、 固 。 在 主 机 出 口处 装 有 ２ 牢 ４支 冲 击 锤 ， 以 利 于 处 理 后 的 粉 体 分 散 ， 而 保 证 了颗 粒 间 不 出 从 现 粘 结 现 象 。 改性 产 品 经 旋 风 筒 和 布 袋 收 集 器 风 冷 收 集 后计 量 包 装 。 工 艺 流 程 见 图 １ 。
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文 章 编 号 ：０ ８—７ ２ ２ ０ ） ７—０ ２ １０ ５ ４｛０ ２ ０ ０ ７—０ ２
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汪志 国
煤 系高 岭 土 是 一 种 与 煤 炭 伴 生 的 粘 土 类 矿 物 ， 高 岭 石 族 矿 物 为 主 ， 过 提 纯 除 杂 、 湿 超 以 通 干 细 磨 、 烧 脱 炭 增 白等 加 工 工 艺 后 ， 泛 应 用 于 造 煅 广 纸 、 瓷 、 料 、 料 、 胶 等 行 业 。 煤 系高 岭 土 是 陶 涂 塑 橡
碳酸钙粉体表面改性应注意的问题及发展方向
2006年第2期《中国粉体工业》3c n p o wde r .c o m .c n论文选萃碳酸钙粉体表面改性应注意的问题及发展方向李宝智（内蒙古包头市128信箱、014010）[摘要]碳酸钙粉体的表面改性，一定要以表面改性的机理为依据，同时考虑下游产品中有机高分子制品的基材、主体配方及技术要求，经综合考虑，选择合理的表面改性剂，确定表面改性工艺，选择和配套表面改性设备，在此基础上生产出合格的改性产品。
[关键词]碳酸钙粉体表面改性我国碳酸钙粉体的加工技术及应用技术已在快步发展，在塑料、橡胶、涂料等高分子制品行业都得到了广泛应用。
碳酸钙粉体作为填充剂加入，可降低产品的成本。
但填充量不能过大，对产品的功能性没什么提高。
这主要是由于碳酸钙粉体与有机高分子材料基质的界面性质不同，使两者的亲合性差，造成碳酸钙粉体在有机高分子材料中的分散，交联及功能性差等问题的出现，从而导致了碳酸钙粉体的填充量不能过大，产品的力学性能有所下降。
为了改变这种状况，向功能型要求发展，就应对碳酸钙粉体进行表面改性。
改变其粉体的表面性质，改善与有机高分子材料的交联性，提高其分散性，增强制品的物理机械性能，增加添加量，降低成本，提高产品的附加值。
本文作者根据多年从事非金属粉体表面改性的实验和工业生产积累的经验和教训，对碳酸钙粉体表面改性中应注意的问题及发展方向等进行阐述。
1、表面改性剂的选择非金属粉体的表面改性技术是一门与应用技术密切相关的技术，从应用角度来说是具有很强的针对性。
因此对于不同的基材或处理的对象、选择合适的表面改性剂是致关重要的。
碳酸钙粉体是有机高分子制品的主要添加剂，为了提高产品的功能性、附加值、填加量及能在更多的领域中得到应用，必须对碳酸钙粉体进行表面改性。
表面改性剂的选择是改性工作中十分重要的环节。
对不同的高分子材料，不同的应用行业应选择不同类型的表面改性剂。
1.1表面改性剂的分类目前我国的表面改性剂比较多，如硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、表面活性剂类等。
中国无机粉体表面改性技术发展现状
中国无机粉体表面改性技术发展现状郑水林（中国矿业大学北京校区北京 100083）摘要：目前应用的表面改性工业主要有干法工艺、湿发工业、复合工艺三大类；表面改性设备部分是从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的，专用粉体表面改性设备的开发始于20世纪90年代后期；表面改性剂主要有偶联剂、表面活性剂、有机低聚物、不饱和有机酸、有机硅、水溶性高分子以及金属氧化物及其盐等；表征技术有直接表征和对表面改性粉体应用性能的表征两种。
本文综述了中国无机粉体表面改性技术的现状并对其主要发展趋势进行了分析和展望。
关键词：无机粉体表面改性改性剂改性机前言以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化物、氢氧化物、碳化物等为主要成分的无机粉体及其复合无机粉体是一类在现代工业、农业、建筑、交通运输、航空航天、环保等领域得到广泛应用的新材料。
这类新型无机粉体材料除了粒度微细且分布合理外，另一个重要特征是表面性质依用途不同进行了表面改性或优化处理，其目的是改善粉体的应用性能，如提高无机粉体的分散性、与复合材料中基料的相容性、改善材料的电性、热性、光性、耐侯性、化学稳定性以及改善复合材料的力学性能等【1】。
在复合材料迅速发展的现代社会，作为复合材料填料的无机粉体已逐渐成为复合材料不可或缺的重要组成部分。
无论是有机/无机复合材料还是无机/无机复合材料，粉体的表面特性，特别是超细粉体和纳米粉体的表面特性，是影响材料性能的关键因素之一。
其它诸如涂料或涂层材料吸附与催化材料等，粉体的表面性质都是决定其材料性能的关键因素之一。
正因为如此，粉体表面改性或表面处理技术已成为粉体加工技术的重要组成部分之一。
中国在这一领域虽然起步较晚，但近二十年来，尤其是近十年来，也有了较快发展【2】。
表面改性技术的主要组成部分是表面改性工艺、设备、表面改性剂及其配方、应用和表征技术等几方面，本文以工业化表面改性或表面处理技术为基点，简要回顾总结我过无机粉体表面改性技术的发展现状及其发展趋势。
粉体等离子活化机的活化作用
粉体等离子活化处理的介绍粉体粉末表面活化设备-粉体改性机的目的：★改善粉体粒子与其他物质之间的相容性。
★改善或改变粉体粒子的分散性★提高附加值，保护环境★赋予新功能：改善耐久性，如耐药、耐光、耐热、耐候性等；着色力，遮盖力，耐侯性，耐热性★控制释放★提高颗粒表面活性；★使颗粒表面产生新的物理、化学和力学性能及新的功能，从而提高粉体的附加值；要解决超细粉体的团聚问题，提高其分散性、流变性，最有效的方法就是对粉体的表面进行改性处理。
等离子体改性技术在改进粉体材料表面处理方面的应用主要有三方面：等离子体处理改进粉体分散性、改进界面结合性能、改进粉体表面性能。
让我们先了解下究竟什么是低温等离子体：等离子体又名电浆，处理是指非聚合性气体的等离子体对粉体颗粒表面的物理的或化学的作用过程。
处理中，等离子体中的自由基、电子等高能态粒子与粉体颗粒的表面作用，通过刻蚀与沉积作用发生降解和交联等反应，在粉体颗粒表面产生极性基团、自由基等活性基团，从而可实现其亲水化等处理。
低温等离子体是在特定条件下使气体部分电离而产生的非凝聚体系，其整个体系呈电中性，有别于固、液、气三态物质，被称作物质存在的第四态。
具体来说低温等离子体主要由以下几部分组成：中性原子或分子、激发态原子或分子、自由基、电子或负离子、正离子以及辐射光子。
粉体表面改性设备产品优势：1.连续运行生产，处理量大，产品稳定。
2.处理后包覆完全，活化指数高。
3.分散效果好，改性产品不团聚，不返粗。
改进粉体分散性：由于粉体的表面效应,导致粉体很容易团聚，通过等离子体处理，可使粉体表面包膜或接枝，而产生粉体间的排斥力，使得粉体间不能接触，从而防止团聚体的产生，提高粉体分散性能。
4.生产效率高，单位能耗低十九年专注材料表面清洗/活化/刻蚀/抛光/涂层/改性，改性能力强，对设备有特殊要求，性价比高，经久耐用的等离子表面处理设备， GDR-PLASMA！。
LXG-300,LXG-600型连续式粉体表面改性机使用说明书
LXG-300、LXG-600型连续式粉体表面改性机——使用说明书上海甲浦瑞机械科技有限公司目录一、前言二、适用范围三、结构性能特点四、安装五、工作原理以及工作过程六、主要技术参数七、常见故障及其说明八、主要易损件附：改性机外形结构图一、前言矿物粉体表面改性是现代高技术、新材料发展的必然产物，广泛应用于非金属矿物填料或者颜料如塑料、橡胶、粘结剂等现代高分子材料、高聚物基复合材料、功能性材料及涂料等行业中，矿物粉体经过改性后，不仅能大大改善无机矿物填料与有机高分子聚合物的相容性，提高界面结合力，增强材料的机械强度及综合性能，还可以大幅度提高粉体填料的填充量，降低生产成本，同时可赋予产品的某种特殊物理化学性能。
然而，绝大多数普通非金属矿物材料与有机高分子聚合物基体的界面性能不同，相容性差，直接或大量填充会导致材料的一些力学性能下降。
为此，对无机矿物填料进行表面改性就显得非常重要。
我国的矿物粉体表面改性技术还处于起步阶段，其单独改性处理设备大多从橡胶、塑料等化工行业借用过来，在实际使用的过程中存在许多先天不足，如间隙作业、包覆不均、活化指数低、处理量小、操作环境恶劣等。
本公司经过潜心研究，推出全新高效的矿物粉体表面专用改性设备…LXG型连续式粉体表面改性机组，用于粉体分散表面改性及成膜处理。
经生产厂家应用检验，该设备具有优良的操作应用性能，为企业生产了很好的经济效益和社会效益，具有广阔的发展前景。
二、适用范围本机独特的改性腔设计，兼具改性和解聚功能，适用于各种物料的改性，如对重、轻质碳酸钙、高岭土、滑石、硅灰石、云母、白炭黑、氧化锌、氧化铝、硅微粉、石墨、氢氧化镁硫酸钡、伊利石、叶腊石、透闪石，均有很好的表面改性效果。
三、结构性能与特点1、整个改性机组有以下几个组成部分：a、料斗：物料自料仓（或包装袋投料）直接进入料斗,物料的含水率应小于0.5%。
b、送料装置：采用双螺杆进料，速度可调，能保证物料流量的稳定性。
粉体表面改性技术
粉体表面改性方法
涂敷改性（冷法、热法） 石英砂涂敷树脂，提高铸造时粘结性 表面化学改性（主要方法） 颗粒表面性质、改性剂种类、用量用法 及工艺设备与操作条件 沉淀反应改性（钛白、云母） 机械化学改性 高能改性、酸碱处理等
粉体表面改性设备
高速混合（捏和）机 HYB高速气流冲击式粉体表面处理机 （东京理科大学、奈良机械制作所） 球磨机、砂磨机 液相表面处理 喷雾表面处理
超分散剂的吸附形态
超分散剂在强极性 表面的单点化学吸附
超分散剂在弱极性 表面的多点氢键吸附
超分散剂通过表面增 效剂在非极性表面吸附
超分散剂作用机理示意图
锚固基团
颗粒
颗粒
溶剂化链
超分散剂的吸附性能
Rehacek方法
Xap
MaCa
Xap Mo(Co Ce) X MoCo ( Mo X Xsolv)Ce Ma X Xsolv Ca X / Ma Xap Ma (Ca Ce) Ma / ( s )
CH－5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30－40％ 在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质 由于CH－5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能
热固型/单张纸型研磨基料配方
RUBINE / Ca 4B TONER 36 PHTHALOCYANINE BLUE DIARYLIDE YELLOW CARBON BLACK GRINDING VEHICLE 48 ALKYD RESIN 8 CH-5 HYPERDISPERSANT CH-11B HYPERDISPERSANT CH-22 HYPERDISPERSANT ANTIOXIDANT 2 ALIPHATIC DISTILLATE 6 50 36 50 28 26 8 4 52 9 33 9 3.75 1.25 3 65 5 40 49 5 3 1 2 40 53 5 50 33 5 4
粉体整形机原理
粉体整形机原理
嘿，朋友们！今天咱来唠唠粉体整形机原理，这可真是个有意思的玩意儿！
你想啊，就好比咱要给一堆散沙整整形，让它们变得有模有样。
粉体整形机就好比是一位神奇的魔法师！它能把那些细细的粉体变得规整好看。
比如说像面粉，你见过吧？要是面粉乱七八糟的堆在一起，那多难看啊。
但有了粉体整形机，就可以把它们整得齐刷刷的，像是排好队的士兵一样！
它的原理呢，其实也不难理解。
想象一下，粉体就像是一群调皮的小孩子，到处乱跑乱动。
而粉体整形机呢，就是那个能管住这些“小孩子”的老师。
它通过各种巧妙的方式，比如说气流呀、机械作用呀，来让粉体乖乖听话，按照要求变成特定的形状。
咱说个具体例子哈，就像做饼干的时候，那面团不就得整整形才能做出好看的饼干形状嘛。
粉体整形机就跟做饼干的过程有点像，但它可比做饼干复杂多啦。
它得精确地控制各种参数，才能达到最佳的整形效果。
再打个比方，粉体整形机就像一位技艺高超的雕塑家，能把一块普通的石头雕琢成精美的艺术品。
它能把那些普通的粉体雕琢成我们需要的形状，而且还能让它们的性能变得更好呢！
哎呀，说了这么多，其实就是想说，粉体整形机真的是太神奇啦！它能让那些看似普通的粉体焕发出全新的光彩。
真的，不了解不知道，一了解吓一跳啊。
我就觉着，这玩意以后肯定会有越来越多的用处，你说是不是？
结论：粉体整形机的原理很神奇，有着广阔的应用前景。
碳酸钙粉体表面改性技术现状与发展趋势
对于同一种碳酸钙填料，使用不同的偶联剂进 行表面改性处理，填充后的效果也会有所差别。表２
表１ 锆铝偶联剂改性对碳酸钙填充聚丙烯力学性能的影响
在Ａ Ｐ Ｐ 母料这一体系中，碳酸钙粒子四周被无 规聚丙烯包覆，即碳酸钙粒子均匀地分散在无规聚 丙烯基料中。理论上，填充的碳酸钙越多越好，即 假想厚度越小越好。但实际厚度取决于工艺设备及 操作条件。
用聚乙烯蜡或聚乙烯代替无规聚丙烯作基料与 活性碳酸钙填充复合即可制备聚乙烯蜡碳酸钙母料 填料和聚乙烯碳酸钙母料填料。
可以直接以固体粉状添加，用量依粉体的粒度大小或 比表面积而定，一般为碳酸钙质量的０ ． ８ ％ ～１ ． ２ ％ ； 在高速混合机、卧式桨叶混合机及其他可控温混合 机中进行表面包覆改性时，一般为间歇操作，首先 将计量和配制好的物料和硬脂酸一并加入改性机 中，搅拌混合１５～６０ｍｉｎ即可出料包装，硬脂酸的用 量为碳酸钙质量的０ ． ８ ％ ～１ ． ５ ％ 左右，反应温度控制 在１００℃左右。为了使硬脂酸更好地分散和均匀地与 碳酸钙粒子作用，也可以预先将硬脂酸用溶剂（ 如无 水乙醇） 稀释。改性时也可适量加入其他助剂。
聚合物表面包覆改性碳酸钙的工艺可分为两 种，一是先将聚合物单体吸附在碳酸钙表面，然后 引发其聚合，从而在其表面形成聚合物包覆层；二 是将聚合物溶解在适当溶剂中，然后对碳酸钙进行 表面改性，当聚合物逐渐吸附在碳酸钙颗粒表面上 时排除溶剂形成包膜。这些聚合物定向吸附在碳酸 钙颗粒表面，形成物理、化学吸附层，可阻止碳酸 钙粒子团聚，改善分散性，使碳酸钙在应用中具有 较好的分散稳定性。
粉体表面改性设备介绍
粉体表面改性设备介绍1. 背景粉体表面改性是一种广泛应用于化工、材料、冶金、能源等领域的技术，它能够提高粉体的性能，并扩展其应用范围。
粉体表面改性设备作为实现粉体表面改性的关键工具，不仅需要具备高效的工作能力，还需要具备稳定的操作性能和安全性能。
2. 常见的粉体表面改性设备2.1 分散机分散机是常用的粉体表面改性设备之一，它主要用于将粉体分散在液体介质中，并通过机械作用使粉体颗粒得到细化。
常见的分散机包括搅拌机、振动球磨机等。
这些设备具有操作简单、效率高的特点，广泛应用于颜料、涂料、橡胶等领域。
2.2 喷雾干燥设备喷雾干燥设备是将溶液或悬浮液喷雾到高温气流中，使液体迅速蒸发，形成粉末的设备。
喷雾干燥设备具有成本低、生产效率高的特点，常用于食品、药品等领域。
2.3 粉末喷涂设备粉末喷涂设备是将粉末均匀喷涂到基材表面，并通过加热使粉末粘结到基材表面的设备。
粉末喷涂设备广泛应用于涂装、防腐等领域，具有喷涂效果好、易于自动化控制的优点。
2.4 压片机压片机是将干燥的粉末在特定的温度和压力条件下进行压制成固体块的设备。
压片机广泛应用于制药、化工、冶金等领域，具有生产效率高、工艺稳定的特点。
2.5 球磨机球磨机是一种利用金属球对粉体进行高速旋转的设备，通过球与球、球与粉体之间的撞击和摩擦来实现对粉体的细化。
球磨机广泛应用于陶瓷、建材、电子材料等领域，具有能够控制颗粒大小、提高产品的致密性等优点。
3. 粉体表面改性设备的选型和操作要点选择合适的粉体表面改性设备需要考虑多个因素，包括粉体的化学性质、物理性质以及所需表面改性效果等。
在操作过程中，也需要注意以下要点：•设备配置：根据具体的生产需求和工艺要求，选择合适的设备配置，包括设备容量、设备结构等。
•操作参数：粉体表面改性设备的操作参数对于改性效果起着重要作用，包括温度、压力、搅拌速度等，需要根据实际情况进行调整。
•安全防护：在操作粉体表面改性设备时，应注意安全防护措施，避免发生意外事故，例如戴好防护眼镜、手套等。
粉体表面改性设备主要类型及特点
粉体表面改性设备重要类型及特点粉体表面改性设备，重要担负3项职责：一是混合；二是分散；三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。
我国粉体表面改性设备大多数是从化工机械中借用过来的，因而并不能很好地完成改性任务。
而专用粉体表面改性设备的开发始于20世纪90时代后期。
目前表面改性机重要有：（1）PSC系列粉体表面改性机。
PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进、科学、能连续生产、产量高、能耗低、自动化程度高、工人劳动强度低、无粉尘污染、且表面改性剂用量少、包覆率高等特点。
（2）复合式粉体连续改性系统。
复合式粉体连续改性系统是引进日本技术经消化、汲取生产的新型表面改性设备，适用于年产3000～5000t改性粉体的企业。
其重要特点：连续运行；改性均匀，节省了药剂；采纳导热油加热，可避开自摩擦升温慢和电能的挥霍；密封性好，无粉尘污染。
（3）SLG型三筒连续粉体表面改性机。
该改性机是引进瑞典AGMW 公司三筒高速猛烈混合表面改性机（HSTP一3／1000而研制的），定名为SGL型三筒连续粉体表面改性机。
该改性机连续生产、自动加料、操作简单、处理本领大，特别适合用硬脂酸类、各种偶联剂等对碳酸钙、滑石、云母、高岭土、石英、硅灰石等非金属矿物填料进行连续表面改性处理。
江阴市启泰非金属工程有限公司和中国矿业大学（北京）于1997年共同研制开发了一种集粉体表面改性、混合、解聚于一体的非金属深加工设备SLG型粉体表面改性机，经过十几年的不断完善、改进，目前已在国内500多家粉体企业得到成功应用，并出口到俄罗斯、马来西亚等十几个国家和地区。
（4）半自动猛烈混合改性机组。
半自动猛烈混合改性机组的最大特点是利用电子秤全自动计量，使高速混合机的加料实现了远距离自动操作，大大降低了人工劳动强度和人工计量不准的偏差，同时设备间采纳密封的管道联接，防止粉尘污染。
超细粉体高冷搅机组改性机超细粉体新型高冷搅机组改性机已经生产出2L+6L试验室机组。
机械混合法改性微纳米粉体的设备设计
置 ， 利 于粉 体 和 改 性 剂 的 分 散 与 混合 。 以
人们的广泛关注 ， 研究低耗 、 高效的粉体表面改性与
关键词： 机械 混合 法 ； 性 设 备 ； 计 原理 改 设
１ 设 计 原 理
１１ 粉 体 改性与 复合 的工 作原理 及 影响 因素 ． 机 械 混 合 法对 微 米 ／ 米 粉体 进 行 表 面 改 性 与 纳
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中的一个重要环 节。在研究现有微纳米粉体表 面改性与复合设备结
构 特 点 的 基 础 上 ， 合 微 纳 米 粉 体 改 性 与 复 合 的 工 作 原 理 ， 对微 结 针 纳 米 粉 体 的 表 面 特 性 ， 出 了机 械 混 合 法 改性 微 纳 米 粉 体 的 典 型设 提
备及其设 计思想。本设计的特点在于在 半椭球形容 器下半部的圆柱
Ｄｅ ｉｎ ｆ Ｔｙ ｉａ Ｄｅ ｉｅ ｆ ｒ Ｐｏ ｅ ｓｇ ｏ ｐｃ ｌ ｖｃ ｏ ｗｄ ｒ
Ｓｕ ｆ ｃ ｒ ｅ Ｍｏ ｉｃ ｔ ｎ ｆ Ｍｉｒ ｎ ａ ｄｆ ａ ｉ ｏ ｃｏｎ ａ ｄ ｉ ｏ Ｎａ ｏ－ｉｅ Ｐ ｗｄ ｒ ｂ ｎ ・ ｚ ｄ ｏ ｅ ｙ Ｍｅ ｈ ｎ ・ ｘ ｄ ｓ ｃ ａ ｏ－ ｅ ｍｉ
ｍ ｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｎ ｃ ｍｐ ｅ ｏ ａ ｏ ｓｚ ｄ ｎ ｍｉｒ ｎ ｏ ｅ ｓ ｄ ｆ ａ ｉ ａ ｄ ｏ ｌ ｘ ｆ ｎ ｎ — ｉｅ ａ ｄ ｉ ｏ ｃ ｏ ｐ ｗｄ ｒ ｗａ ｓ ｓ ｐ ｏ ｅ ｗｈ ｃ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｅｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉｓ ｕ ｐ ｓ ｄ， ｉｈ ｗａ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈｏ ｔ ｅｓｒ ｃｕ ｅｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ｈ ｉ
粉体改性方法与工艺
胺 ＞ 羧 酸 ＞ 醇 ＞ 苯 酚 ； 中 性 表 面 时 （ Al2O3 、 Fe2O3) 等，羧酸＞胺＞苯酚＞醇；碱性表面时（ MgO 、 CaO)，羧酸＞苯酚＞胺＞醇。 －－含水量：象陶土、滑石粉等表面含水量较大的矿物，不 适合用单烷氧基型而适合螯合型钛酸酯偶联剂；而单烷氧
影响粉体表面化学包覆改性效果的因素
备方法如下：将一定量的硅藻土、水、少量盐酸配制悬浮
液，然后在一定温度下依次加入 TiCl4 溶液、硫酸铵水溶 液、碳酸铵溶液进行沉淀反应，反应一定时间后过滤、干 燥、煅烧，即得到 TiO2/硅藻土复合材料。请写出 TiCl4的 水解反应式，并试写出简单的生产工艺流程图。
（1）有机膨润土
3.5 粉体颗粒插层改性
膨润土 插层改性
季铵盐阳离 子在蒙脱石 层间的排列 方式示意图
3.5 粉体颗粒插层改性
粘土层间化合物制备方法： 物理插层（聚合物直接插层）—— 聚合物直接吸附插层、聚合物溶液插层、聚合物溶融插层 化学插层—— 单体插层聚合（单体插层加成聚合、单体插层缩合聚合）、 聚合物预聚体插层（聚合物预聚体插层交联固化）
表面改性工艺
4干燥与表面改性合二为一工艺
通过在粉体干燥过程中添加表面改性剂在湿粉体脱水的 同时对粉体颗粒进行表面改性 优点:可以简化工艺
问题 : 干燥温度一般在 200°C 以上，干燥过程中加入的 较低沸点改性剂可能被分解或蒸发；若在干燥后出料前 加入改性剂，则作用时间较短
表面改性方法和工艺的选择
硅藻土表面无机纳米包覆改性 TiO2/硅藻土复合材料
应用于临江保健木业公 司木制百叶窗：经中国 建筑材料环境检测中心 检测，用量5-8 g/m2， 24 h甲醛去除率达到 75 %以上。
粉体工程课件5,6,7,8粉体表面改性
粉体表面改性工艺
干法工艺 湿法工艺 复合改性工艺
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粉体表面改性工艺
干法工艺
• 干法改性工艺是粉体在干态下或干燥后在改性 设备中进行强烈机械分散,同时添加配置好的表 面改性剂在一定温度下进行表面改性的工艺
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粉体表面改性方法
复合改性
采用两种以上方法对粉体进行表面处理的工艺方法， 如机械化学与化学包覆的复合、沉淀反应与化学包覆 的复合，高能辐射与表面包覆的复合等等 • 机械化学与表面包覆处理是在粉碎过程中添加表面改 性剂,使颗粒在粒度减小过程中达到表面有机化学包覆 改性 • 沉淀反应与表面包覆处理是在沉淀包膜改性之后再进 行表面化学包覆
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粉体表面改性方法
化学包覆
影响因素：颗粒的表面性质；表面改性剂的种类、用 量及用法 ；工艺设备及操作条件等
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粉体表面改性方法
沉淀反应
这是通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表 面形成一层或多层“包覆”，以达到改善粉体表面性质， 如催化、色泽、着色力、遮盖力、抗菌性、耐候性、电、 磁、热性能和体相性质等目的的粉体表面无机改性方法， 是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆” 的粉体表面改性方法。
或功能的关系 • 与粉体表面及复合材料的作用机理和作用模型 • 用量和使用方法 • 新型和专用表面改性剂的制备或合成
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粉体表面改性的内容
(3)表面改性工艺与设备 • 不同种类和不同用途粉体表面改性的工艺流程
和工艺条件 • 不同种类和不同用途粉体的表面改性配方 • 影响表面改性效果的因素 • 高性能和专用改性设备的研制开发
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粉体表面改性的内容
(4)过程控制与产品表征与检测技术 • 过程温度、浓度、酸度、时间及表面改性剂用
粉体表面改性方法原理、工艺技术及使用的粉体改性剂
粉体表面改性方法原理、工艺技术及使用的粉体改性剂无机粉体的表面改性是根据使用行业所需求粉体具备的性能而进行的对应表面改性，以满足现代新材料、工艺和技术的发展需求，提升原有产品的性能特点，而且还可以提升对应的产能以及生产效率，在粉体加工行业也越来越受到重视，目前无机粉体表面改性的方法主要为6大类。
1、方法一：物理涂覆方法原理：利用高聚物或树脂等对粉体表面进行处理，一般包括冷法和热法两种。
粉体改性剂：高聚物、酚醛树脂、呋喃树脂等。
影响因素：颗粒形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂的种类及用量、涂敷处理工艺等。
适用粉体：铸造砂、石英砂等。
2、方法二：化学包覆方法原理：利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应对颗粒表面进行包覆，一般包括干法和湿法两种。
除利用表面官能团改性外，该方法还包括利用游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附等进行表面包覆改性。
粉体改性剂：如硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸盐、有机铬等各种偶联剂，高级脂肪酸及其盐，有机铵盐及其他各种类型表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性有机高聚物等。
影响因素：粉体的表面性质，粉体改性剂种类、用量和使用方法，改性工艺，改性设备等。
适用粉体：石英砂、硅微粉、碳酸钙、高岭土、滑石、膨润土、重晶石、硅灰石、云母、硅藻土、水镁石、硫酸钡、白云石、钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝等各类粉体。
3、沉淀反应方法原理：通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性、电、磁、热性和体相性质等。
粉体改性剂：金属氧化物、氢氧化物及其盐类等各类无机化合物。
影响因素：原料的性质（粒度大小和形状、表面官能团），无机表面改性剂的品种，浆液的pH值、浓度，反应温度和反应时间，洗涤、脱水、干燥或焙烧等后续处理工序。
适用粉体：钛白粉、珠光云母、氧化铝等无机颜料。
4、机械力化学方法原理：利用超细粉碎及其他强烈机械作用，有目的的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等。
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粉体表面改性设备中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。
存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。
现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。
由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。
主要使用的改性设备为：•重力混合器•气动混合器•转鼓式混合机•v型混合机•Z型混合机•高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组)•开炼机•密炼机•混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机•双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。
这些设备存在的主要问题是：①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。
存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。
②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。
③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。
④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。
可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。
已经到了非改不可的地步。
从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。
这些阶段成果包含两个方面：①引进国外连续改性机型②对高冷搅机组进行改革引进国外机型引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。
改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。
1、PS系列粉体表面改性机由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。
①PSC表面改性性能结构特征：本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。
②工作原理：粉体原料经给料输送系统被送至主机上方的雾化室，在输送过程中，由给料输送机特设的加热装臵将粉体加热并干燥，与此同时固体状的改性剂在专用加热容器内也被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室。
雾化室内设有两组喷嘴，并均通人由给风系统送来之热压力气流，其中一组有四只喷嘴按不同位臵分布于雾化室内壁，其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散呈雾状，另一组有一只喷嘴同时与改性剂输送管道相通，将液状改性剂也吹散呈雾状。
此时，原料和改性剂形成雾状，由于受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用，得以充分的混合，随即进人主机。
主机由高速旋转的主轴、搅拌棒、冲击锤、中间充满循环导热油的夹层简体等部分组成。
进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下，受到了冲击、摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更充分接触、混合。
主机夹层内循环流动的高温导热油使机内始终保持着稳定的工作温度，此时粉体物料即得到了充分的包覆改性。
主机出口处高速旋转运动的冲击锤将包覆改性的物料进一步冲击、粉碎，有效地预防了物料可能形成的结团现象。
改性后的物料经螺旋输送机再由气流输送管道送至成品收集仓。
在气流输送过程中，利用输送气流将物料中过高的热量吸收，并经布袋除尘器除尘后排出室外，成品进人收集仓后即可降至可存储的温度。
PSC系列粉体表面改性与通用改性设备性能比较：项目PSC-400粉体改性机通用设备（高速混合机）300型电动功率（KW）2240-55产量（kg/h)1000-1500500改性剂用量（%）0.8-12-3包覆率（%）95-9985生产方式连续间歇劳动强度低高改性效果包覆率高并无包覆现象，颗粒不增大颗粒易产生粘连、部分颗粒过包覆，颗粒体积增大成品降温不需冷却设备需配备冷却设备环境污染无污染污染较大③优点：a)粉体原料在包覆改性之前进行预加热，同时使原料充分干燥，有利于与改性剂的充分结合。
b)将粉体原料及改性剂均进行雾化处理。
粉体表面改性效果的好坏，主要决定于物料的运动状态(或机械对物料的作用方式)、处理温度、处理时间(即物料在机内停留的时间)等。
其中处理时间在一般的通风设备上需15-30分钟，其目的是为了保证物料与改性剂得到良好的分散和充分接触。
以利改性剂在粉体颗粒表面的均匀包覆。
而本机采用了雾化处理后，使物料与改性剂在改性之前即充分混合，从而缩短了在改性仓中的处理时间并提高包覆率。
用PSC-400粉体表面改性机对多种矿物粉体原料进行了改性包覆试验，下表为其中两种物料试验结果。
实验对象粒度改性剂包覆率生产(kg/h)重质碳酸钙400目硬脂酸99%1000锻烧高岭土1250目铝酸酸偶联剂95%800注：包覆率系采用“活化指数”测定法测定。
通过试验证明，PSC粉体表面改性机各项技术性能指标均达到设计要求，且造价仅为30 万元／台，大大低于国外同类产品价格。
图1 粉体表面改性机系列工艺流程示意图2、复合式粉体连续改性系统图2 复合式粉体连续改性系统示意图该系统是由清华大学材料系粉体工程研究室引进日本技术，由张家港市轻工机械厂生产的新型表面改性设备。
①复合式粉体连续改性系统是由下列机器设备组成：传动上料机、料仓、螺旋混合输送给料器、高精度电子喂料器、卧式改性机、螺旋混合输送器、三转子改性机、旋风分离器、脉冲除尘器、风机、导热油专热器、电气控制系统等组成。
表6 主要技术参数参数单位卧式改性机三转子改性机电动动率Kw3755.5主轴转速R/min10004500改性筒容积L200工作温度℃90-150℃生产方式连续生产能力Kg/h500-1000加热方式导热油加热外形尺寸mm12000×7000×3000②其主要特点：•系连续运行的先进设备，优于间歇式生产。
•粉体经过预改性，预热和预混合等前处理工序，保证了混合改性的均匀性，节约了药剂。
•三转子改性机，在高速运动中实现瞬时改性，转速达4500转／分，为系统核心装备•采用导热油加热，可避免自摩擦升温慢和电能的浪费。
•系统负压运行，密封性好，无粉尘污染。
③设备选型：该系统适合3000-5000吨／年产量的改性企业，系统设备价格40万元人民币。
3、SLG型三筒连续粉体表面改性机由原武汉工业大学北京研究生院非矿室和江阳市启泰非金属工程公司共同引进瑞典AGMW公司三筒高速强烈混合表面改性机(HSTP-3／1000)，定名为SGL 型三筒连续粉体表面改性机。
其外形结构见图3。
图3 HSTP-3/1000型表面改性机1、给料口；2a、第1混合室；2b 、第2混合室；2c、第3混合室；3、出料口；4、电机工作原理：将待改性物料(如碳酸钙)及表面改性剂(如脂肪酸)从人料口给人后，依次经过三个强烈混合室后从排料口排出。
这种改性机依靠转子叶片和定子与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用产生表面改性所需的温度。
转子的高速旋转强制松散并形成涡流二相流，使表面改性剂能迅速与颗粒表面作用，所以包覆效果好。
该改性机连续生产，自动加药，操作简单，处理能力大。
特别适合用硬脂酸类，各种偶联剂等对碳酸钙、滑石、云母、高岭土、石英、硅灰石、硅线石等非金属矿物填料进行连续表面改性处理。
高速混合机和冷却混合机组的改进对于中国企业习惯使用的高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组)进行改革，使之适应粉体表面改性的需要，也是大家关注的一项工作。
目前改革的思路集中在以下几点：a、加大功率，提高转速，实现强烈混合。
对比国外(加拿大)强烈混合机，把500L高速混合机的电机功率从75KW加大到110KW，把转速提高到 1000转／分，就能大大加强剪切力，达到强烈混合改性的目的。
b、提高物流现代化。
把工人一袋袋的投料、出料改为管道输送，并把改性剂的加入改为人工计量后自动投料，并采用PCL可编程序控制系统，实现半自动化。
c、改进混合搅拌设备。
如改进桨叶材质，采用渗碳处理或表面堆焊硬质合金，锅体内壁采用渗碳处理，提高耐磨性和使用寿命。
改进桨叶外形，呈流线性，减少运动阻尼，在超细粉体改性机中甚至采用三层桨叶设计。
d、主轴采用气密封，彻底解决压力过大和主轴漏粉问题。
针对上述思路，已生产出两种改革机型：1、半自动化强烈混合改性机组由四川大学黄锐教授设计，由江苏张家港市轻工机械厂生产BMD—1000微粉改性生产线工艺流程见图4。
①最大特点BMD—1100重钙微粉改性生产线工艺流程图是利用电子称全自动计量，使高速混合机的加料实现了远距离自动操作，大大降低了人工劳动强度和人工计量不准的偏差，同时设备间采用密封的管道联结，防止粉尘污染。
②主要工作原理当碳酸钙原矿经过破碎，细磨，分级后，物料由旋转阀送入贮料仓中，贮料仓下面的三通阀可使物料根据同同要求分流到相应地点。
图4 BMD-1100重钙微粉改性生产线工艺流程图a、若产品不改性，则由螺旋送料器送到包装机进行包装。
b、若产品需改性，则由螺旋送料器输送到电子称进行自动计量。
若高搅是500L，冷搅是1060L，则每小时机组可混料1吨。
若高搅为1000L，冷搅为3500L ，则每小时混料可达1．5—1．8吨。
在混合机加料过程中，CaC03由电称自动计量，改性助剂采用人工称重，以自动投料的方式进行。
助剂由人工事先称量好，然后放入12单元的顺序投料器中由操作人员在控制室通过手动按钮来控制投料。
当称重仪表显示重量达到设定值的 90％时，螺旋加料器自动转换为低速加料，达到设定值后自动停止加料。
当下面活化机组允许向其投料时，电子称下面的气动插板阀自动打开，同时电子称斗上的搅拌电机也开始运转，斗壁上的仓壁振动器延时启动，以保证物料全部放完。
电子称为零后，气动插板阀自动关闭，电子称进行下一循环的计量过程。
电控系统采用PLC可编程控制器，可自动完成生产中每一部分的运行。
所有工作状态均可通过控制室模拟屏显示，并可提供故障报警。
此外，还设有专门密封除尘系统和防架桥装臵，确保车间无粉尘污染。
主轴采用气密性，防止压力过大和主轴漏粉。
2、超细粉体高冷搅机组改性机由青岛远东塑料工程公司设计制造的超细粉体新型高冷搅机组改性机，已经生产出2L+6 L实验室机组，并申请了国家专利。