(中國粉體技術網/班建偉)隨著現代工業技術的發展,各種工業用粉體的粒度不斷降低,如應用于塑料、橡膠、膠黏劑和顏料等工業領域的粉體,已廣泛使用微米、亞微米級粉體。因此,各種粉體改性設備也應運而生。
粉體改性的作用是對無機礦物粉體填料表面進行改性、包覆處理,根據應用需要改變粉體填料表面特性,以增強其與基質等的相容性,增加填充量,從而降低材料的生產成本,同時又提高其力學強度和綜合性能。因此,粉體改性設備的研究設計,無論是從經濟效益上,還是從實用性能上,都具有非常重要的意義。
1 典型連續粉體表面改性機 SLG和 PSC
目前,國內有關粉體表面改性設備的種類很多,連續式粉體表面改性設備主要有 SLG 型三筒連續粉體表面改性機和 PSC 連續式粉體表面改性機。
1.1 SLG 和 PSC 改性機的工作原理
SLG 型改性機是從瑞典 AGMW 公司引進的三筒高速強烈混合表面改性機整改過來的,已應用于 1250目以上超微粉體甚至納米級粉體。其工作原理是:品字形排列的 3 個改性筒相串聯 (見圖 1),每個改性筒內都設有一個高速運行的轉子和固定定子,3 號改性筒出口,外接負壓引風機。工作時,高速運行的轉子和引風機在品字形排列的 3 個筒內形成幾個工作區域,為粉體改性達到最佳效果起到極其關鍵的作用。
PSC 改性機的結構如圖 2 所示,該改性機帶有兩個霧化室,實現了在同一設備中可同時添加兩種改性劑的效果。其工作原理是:粉體原料經計量給料裝置計量后進入預熱干燥流化裝置,借助機械力與風力的作用,形成流態化后進入霧化室;與此同時,固體狀的改性劑在專用加熱容器內也被加熱,融化至液體狀后按要求的比例經計量泵計量后,經特制噴嘴呈霧狀噴入霧化裝置 1,在霧化室內與粉體充分混合后進入包覆流化裝置 1,進一步打散混合后,經霧化裝置2 進入包覆流化裝置 2,然后進入均化機的粉體在高速攪拌下,受到沖擊、摩擦及剪切、粉體顆粒間的相互碰撞等諸多力的作用,使粉體顆粒與改性劑得到更加充分的接觸、混合。均化機夾層內循環流動的導熱油間接加熱,使機內始終保持在穩定的工作溫度范圍內,避免了改性劑因溫度過高而失效,此時粉體即得到了充分的包覆改性。均化機出口處設有沖擊錘,將包覆改性的粉體進一步沖擊、分散和處理,有效預防改性粉體出現結團現象。
1.2 SLG 和 PSC 改性機存在的不足
SLG 和 PSC 改性機雖已得到成功應用,但使用中發現仍然存在一些不足,如用同樣的配方、同樣的原料生產的活性粉體,在生產同一種類材料的企業中,有的廠家使用效果非常好,有的企業在使用過程則會出現粘螺桿、機腔內溫度異常升高、制品顏色發黃等問題??赡苁且驗椋?br />
(1) SLG 采用粉體和改性劑同時進入改性室,同時霧化、混合包覆的方法,理論上能做到粉體與改性劑充分接觸,但前提條件是包覆時間足夠長,轉子轉速足夠高。在實際改性過程中,處于經濟考慮,顯然不會為了百分百包覆而花費過多的時間,所以改性劑包覆粉體的包覆率降低。PSC 采用的是改性劑單獨霧化,粉體事先流化 (使粉體分布均勻),然后霧化后的改性劑再噴射到流化后的粉體上,該方法增加了粉體與改性劑接觸的幾率,在包覆率方面較 SLG 有所改善。如硬脂酸對重質碳酸鈣改性,采用 PSC 設備時的包覆率為 99%,高于用 SLG 時的包覆率。
(2) 溫度是影響改性效果的一個重要因素。用硬脂酸 (鹽) 處理法是碳酸鈣填料最常用的表面改性方法,當反應溫度控制在 100 ℃ 左右時,改性效果最佳。當溫度高于或低于此最佳溫度時,都會影響最終活性粉體的質量。而在溫度控制方面,SLG 依靠摩擦自加熱,加熱溫度依賴粉體與改性劑的引入速度及轉子的轉速,需要事先通過試驗才能得知一種溫度所對應的引入速度和轉子轉速。
在不同環境下,同是引入碳酸鈣粉體原料和同種改性劑,也不可能是相同性質的原料,因此,即使是用相同的引入速度和轉子轉速,也不會得到相同的溫度。也就是說,在溫度控制方面,SLG 存在不足。
PSC 采用導熱油間接加熱改性劑的方法,但也存在:① 由于處于高熱狀態,容易焦化造成導熱性能下降;② 導熱油加熱是間接性的,因而需要一直對導熱油加熱保溫,從而造成大量熱量損失;③ 污染環境,而且導熱油不能快速冷卻,浪費能量,同時使工作環境變得惡劣。
(3) 在 PSC 中,雖然經過流化使粉體分布均勻,但在這個過程中,未對粉體進行充分打散,從而不能有效解決其團聚問題,即用改性劑對粉體進行包覆時,仍有一部分團聚的粉體。如用鋁脂酸偶聯劑對煅燒高嶺土進行改性時,包覆率為 95%。
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