SLG型连续式粉体表面改性机改性机理析疑

SLG型连续式粉体表面改性机改性机理析疑

《非金属矿》2003年第5期

骆剑军 刘董兵

摘 要 在SLG型连续式粉体表面改性机向市场推广过程中,不少专家和用户就该设备的改性原理并与传统重力型搅拌

式改性设备作对比后,提出了一些问题,本文就此作出详细的解答和说明。

关键词 SLG型连续式粉体表面改性机 改性机理 析疑 分散 混合

SLG型连续式粉体表面改性机(下称SLG型改性机)自1999年底推向市场以来,以其良好的可操作性、高效的表面处理效果、稳定的产品质量,以及处理能力大、低能耗、低污染、粉体产品不返粗等优点,赢得广大用户认可。尤其值得一提的是,该机对于超微细粉体,甚至纳米粉体,都有很好的改性和分散效果。对于不少专家和用户就SLG型改性机改性原理和与传统重力型搅拌式改性设备作对比后,提出的一些问题,本文作出解答和说明。

1粉体表面改性的四大要素

粉体表面改性的完成,必须具备以下四大要素。

1.1粉体细度 改性粉体必须具有一定的细度,应用时才能体现出它的表面活性和功能性。目前一般所用的填料粉体,细度都在325目以上。

1.2合适的、适量的改性药剂 在改性过程中,根据粉体表面不同的活性基团、不同的应用方向或客户的不同要求,应选择不同的改性药剂,其选择应具有特定性和针对性。另外,根据粉体的品种、细度和比表面积的不同,应选择一个比较恰当的改性药剂用量。药剂用量过小,粉体颗粒达不到最大的表面包覆率;药剂用量过大,则会增加生产成本,甚至会出现反包覆的现象,降低改性效果。

1.3粉体和改性药剂的分散混合 在粉体改性过程中,粉体和改性药剂必须充分分散混合,才有利于改性剂对矿物粉体进行最大限度的包覆或活化。若粉体不能充分分散,就会出现药剂包覆粉体的团聚颗粒,作为填料应用于制品中会出现所谓的“粉头”现象;若改性药剂不能充分分散,又会导致部分药剂未参与改性过程而使改性药剂用量增大,从而增加生产成本;若粉体和改性药剂两者分散混合不充分,则会直接导致成品粉体包覆率和活化指数都低。

1.4改性温度 粉体改性过程是一个吸热过程,不管是药剂对粉体颗粒表面的物理包覆,还是药剂活性基团与粉体颗粒表面活性官能团之间的化学链接,一定的热量可促使粉体表面改性高效快速完成。在粉体改性四个必备要素中,第一要素是基础,第二要素可通过大量的实验和应用经验获得,第三、四两个要素则与所使用的改性设备关系密切,不少专家和用户的疑义,就是针对SLG型改性机的改性工艺设计和上述改性要素而提出的。

2问题讨论与分析

2.1粉体细度 SLG型改性机对1250目以上超微细粉体甚至纳米级粉体,都具有良好的分散和改性效果。而传统的重力型改性设备(如高搅机或捏合机)在处理1250目以上粉体时,在不同程度上都会出现改性成品粉体颗粒团聚返粗、活化指数低的现象,而且粉体越细,改性活化效果越差,对纳米粉体则根本无法处理。此前,国内对超微细粉体和纳米粉体的表面处理和分散,要么利用湿法改性工艺,要么依赖进口粉体或利用进口设备进行处理,这必然会导致生产成本增加,降低产品的市场竞争力。而SLG型改性机对超微细重钙、高岭土、氢氧化镁、

硫酸钡、绢云母、粉煤灰、纳米氧化锌、氧化铝及纳米轻钙等粉体的应用实践表明,该设备突破了传统改性设备的这一瓶颈,能很好地解决这一问题,拓宽了国内表面改性粉体的加工应用范围。

SLG型改性机良好的分散改性效果,基于其独特的改性腔设计。所谓三筒连续式粉体表面改性机,其实是品字形排列的三个改性筒,并非单一的三筒串联(图1)。每个改性筒内都设有一个高速运行转子和固定定子,转子的线速度达75～86m/s。3号改性筒出口,外接负压引风机。工作时,高速运行转子和引风机能在品字形排列的三个筒内形成几个工作区域。就是这几个区域,为粉体改性时达到最佳的分散改性效果,起到极关键的作用。

图1SLG型改性机工作原理示意图

筒内箭头所示为转子转向

粉料由可调速双螺杆输送机输送、改性药剂由计量泵泵入,一同进入1号改性筒的负压分散区,在进料口抽吸负压作用下,物料和药剂迅速被分散或雾化,形成一种气固流态化的混合体,粉体和药剂在此区内进行初步混合。混合物料经打散区高速转子打散后,进入1、2号筒对接处的正压对撞区,粉体在这里发生对撞混合改性(改性主要从这个正压改性区开始),然后进入2、3号筒对接处的负压分散区,再次雾化分散,再经打散后从出料口被负压风机吸走,进入旋风收尘和布袋除尘系统进行产品收集。在此过程中,粉体和改性药剂被多次充分分散和混合,为改性工作创造了良好的条件。正是这种强制性的混合分散解聚作用,无论是粗粉、细粉、超微粉、纳米粉,也无论晶形是颗粒状、针状、片状、纺锤状,它都能使粉体物料不受其粒度大小、晶形、容重等因素的干扰,从而获得好的改性分散效果。

2.2 外加热 粉体改性过程中,传统的重力型改性设备大多采用电加热或油加热,以促使改性工作正常进行。而SLG型改性机不需要外部加热,粉体改性所需的热量来自两个方面:一是空气运动对撞时所产生的热量。筒内高速运转的转子带动空气作高速运动,空气的对撞和摩擦会产生热量。改性机在不加粉体即空机运行时,筒内空气温度会随设备运行而升高,在出料口测得的空气温度可达到60～65℃左右。二是转子、定子、粉体间相互运动产生的碰撞、磨擦、剪切时所产生的热量。粉体在筒内高速混合、打散、对撞、磨擦放出大量的热,设备在正常生产过程中,物料出口处温度在90～130℃之间,能满足粉体改性时所需的热量。改性温度的高低,因粉体密度、细度、粒形、含水率等不同而异。SLG型改性机在粉体改性过程中不需外加热,可节约外加热等辅助设备,使生产流程简化,并降低生产成本。SLG型改性机对粉体改性的直接成本,一般比传统的重力型改性设备低20%左右。

2.3 改性剂用量 用户反映使用SLG型改性机生产时,药剂的利用率高,粉体改性效果很好,但药剂用量却不比普通设备低。导致这种看似不正常的现象主要有两个原因:第一,粉体与药剂充分混合改性,使得单个粉体颗粒被包覆的可能性提高,药剂用量随之增加;第二,粉体改性时受主机内高速转子的解聚作用,使部分粉体团聚颗粒解聚而粒度变细,从而增加粉体的比表面积,也相应增加了药剂用量。对于不同粉体,SLG型改性机改性剂用量也有所差

异,一般为改性粉体质量的0.3%～1.0%。

SLG型改性机兼具改性和解聚分散功能,降低了药剂包覆粉体团聚颗粒的概率,提高了单个粉体颗粒的包覆率,改性产品能充分体现出改性填料所应有的功能效应。在制品生产时,改性粉体作为填料,表现出良好的有机基体介质的分散性和加工性,并使制品获得预期的良