SLG型连续式粉体表面改性机应用研究
粉体表面改性的研究进展
粉体表面改性的研究进展物理改性中的热处理和球磨是两大常见且有效的方法。
热处理可以改变粉体表面的化学成分和结构，从而影响其性能。
比如通过高温热处理，可以在粉体表面形成高熵合金、氧化层等，改善其力学性能和耐腐蚀性。
球磨作为一种粗糙化技术，可以通过改变粉体表面形貌提高其活性。
通过改变球磨参数，甚至可以将一种粉体转变为另一种具有完全不同性能的粉体。
化学改性方法中，溶剂处理技术被广泛应用于许多工业领域，如环保、能源及催化剂等。
这种方法主要通过选择不同的溶剂来改变粉体表面的化学组成和物理状态，进而达到优化粉体性能的目的。
化学气相沉积（CVD）这种技术已成功地用于粉体表面的加工改性，能显著改善包括磁性、电性、光学性、催化性在内的多种性能。
化学吸附和化学反应也是现阶段常用的化学改性方法，其中化学吸附主要通过在粉体表面吸附不同的化学物质来调整其性能，而化学反应则可以在粉体表面制备复合薄膜，提高其功能性。
需要注意的是，粉体表面改性不仅影响粉体的性能，也会影响到其环境适应性、经济性和安全性等方面。
因此，在粉体表面改性研究中，除了追求性能优化，还需要充分考虑这些因素，使改性后的粉体既具有良好性能，又具有广阔的应用前景。
最近的研究还向生物改性方向发展，如通过酶催化，生物胶凝等方式对粉体进行改性，让粉体获得新的功能和特性。
还有通过物理、化学和生物的组合方式对粉体进行多重改性，使粉体在多个方面都具有优越性能。
总的来说，粉体表面改性技术的研究已经取得了显著的进展，在许多领域都得到了广泛的应用。
然而，由于粉体的复杂性，粉体表面改性仍然面临许多挑战，包括改性机制的解析、改性效果的稳定性及改性方法的绿色化等问题亟待研究解决。
未来的研究还需要持续深入，不断探索更有效、更经济、更环保的粉体表面改性方法，让这种技术在生产实践中发挥出更大的作用。
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。
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。
粉体表面改性处理介绍
（3）PSC型粉体表面改性机
图3 PSC型粉体表面改性机的结构示意图 1 改性剂室 2 原料仓 3 螺旋给料器 4 雾化室 5 改性处理仓 6 主轴 7 搅拌棒 8 冲击锤 9螺旋输送机 10 气流输送管 11 成品仓 12 脉动式吸尘器 13 排气管 14 排风扇
（4）高速气流冲击式粉体表面改性机
偶联剂的作用(functions of coupling agent)： ①在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度 ②改善了界面对应力的传递效果 ③提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力 ④提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生
偶联剂对不同复合体系具有较强的选择性
作用机理 界面扩散理论 表面能理论
（2）湿法改性 湿法改性是指颗粒在一定浓度的改性剂水或有机溶液中，在搅拌分散
和一定温度条件下，通过颗粒表面的物理作用或化学作用而使改性剂分子 吸附于颗粒表面，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。该方法改性完全 ，颗粒表面包覆完整，颗粒的改性效果好且稳定。但是采用该方法改性后 的粉体如果要在干态下使用，还需要进行干燥后处理，工艺复杂，成本高 较高。
直接法：表面性质的变化来评价 间接法：改性后粉体的实际应用效果（填充力学性能）
疏水性能：润湿接触角、活化指数 相容性：液体中的分散性、稳定性、体系粘度 表面成份结构：XPS、FTIR、AFM、EDX、TG 粒度分布、颗粒形貌 其它：电、热、阻燃、抗菌、吸波、吸附
用于高聚物基复合材料填料的表面改性效果，可以通过检测填料改性前 后填充的高聚物复合材料的力学性能来评价；用于电缆绝缘填料的煅烧高岭 土改性效果，可用改性前后填充绝缘材料的体积电阻率以及拉伸强度、断裂 伸长率等性能来评价；用于抗菌目的的粉体的改性效果，可用其抗菌性能检 测结果来评价；对于颜料的表面改性可以通过其遮盖力、着色率、色差、分 散稳定性等检测结果来评价；对于催化剂的表面改性可以通过其催化性能来 评价。由于粉体表面改性的目的性和专业性很强，间接评价法非常重要，是 评价表面改性粉体应用价值的主要依据。
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。
非金属矿物粉体表面改性技术
Ｐ ｏｅ ｔ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒｊｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
非 金属矿 物 粉体 表 面改性 技 术
本 项 技 术 成 果 包 括 干 法 连 续 表 面 改 性 技 术 、 ＳＬＧ 型 该项 技术成果 已于 ２ ０ ０ ７年 ３月 ｌ ３通 过 了 中 国 建 １ ７
连 续 粉 体 表 面 改 性 机 ， 湿 法 表 面 改 性 技 术 ； 煅 烧 高 岭 土 筑 材 料 工 业 协 会 组 织 的 技 术 成 果 鉴 定 （ 材 鉴 字 ［ ０ ７ 建 ２０ 】
改 性 温 度 可 以 根 据 需 要 方 便 调 节 ， 可 达 到 １３０ ～ 铝和超 细 氢氧化 镁、超 细二 氧化硅 （ 白炭黑） 、超 细绢 云母 粉 、 ｌ ４０℃ ； ④ 可 以 在 一 机 上 实 现 二 种 以 上 改 性 剂 的 复 合 改 超 细 硅 藻 土 、 氧 化 铁 红 等 的 湿 法 表 面 改 性 研 究 开 发 ， 部 分 已
性和二 种以上粉体 的复合改 性。 该项技术及 Ｓ ＬＧ连 续 粉 体 表 面 改 性 机 已 有 ｌ ０多 台 ０
在工 业上 得到 了应 用 。 湿法 表面 改性 工艺 适用 于湿 法制 备无 机超 细粉 体工 艺 ，
（ ）应 用 于 超 细 轻 质 碳 酸 钙 、超 细 重 质 碳 酸 钙 、超 细 高 特 别是 １ ｉ 以下无 机超 细和纳 米粉体 ，如超 细和 纳米碳酸 套 Ｔ Ｉ 自度 煅 烧 高 岭 土 、滑 石 粉 等 非 金 属 矿 物 超 细 粉 体 的 表 面 钙 、超 细重质 碳酸 钙、超 细氢 氧化铝 和氢 氧化镁 、超 细二氧
０ ，并 获 ２ ０ ０ ７年 建 筑 材 料 科 学 技 术 进 步 奖 二 等 表 面 改 性 技 术 ， 陶 瓷 颜 料 表 面 改 性 技 术 ，纳 米 粉 体 的 表 第 ０ ３号 ） 面 改 性 技 术 、 硅 灰 石 矿 纤 的表 面 改 性 等 。
粉体表面改性设备
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。
粉体表面改性的研究进展
粉体表面改性技术的研究进展姓名：张子龙学号：1103012022专业：粉体材料科学与工程班级：粉体（2）班早在20世纪50年代，研究人员就已经注意到，对无机颜料，如钛白粉，用二氧化硅或三氧化铝等进行表面复合或者包膜处理可以改善其保光性和耐候性。
但是作为技术加工研究表面改性是在近一二十年的事情，尤其是现代有机／无机复合材料、无机／无机复合材料、涂料或涂层材料、吸附与催化材料、环境材料以及超细粉体和纳米粉体的制备和应用具有重要意义。
粉体表面改性的研究进展粉体工程表面改性或者表面处理与很多学科，如粉体工程，物理化学，表面与胶体化学，有机化学，无机化学，高分子化学，无机非金属材料，高分子材料，复合材料，结晶学，光学，电学磁学等学科密切相关。
可以说，粉体表面改性是粉体工程或者颗粒制备技术与其他众多学科相关的边缘学科。
粉体工程改性主要包括四个方面。
1粉体改性的原理和方法2 表面改性剂3表面改性工艺与设备4粉体表面改性产品的检测与表征一粉体表面改性的原理利用物理、化学机、械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。
二表面改性方法表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学、等可称为表面改性方法。
目前工业上非金属矿物粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、微胶囊包覆改性法和机械化学改性法及原位聚合改性法。
(1)表面化学包覆改性法：是目前最常用的非金属矿物粉体表面改性方法，这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。
所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、表面活性剂(高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、高分子分散剂改性和接枝改性。
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第25卷增刊非金属矿Vo l 25Special Issue 2002年9月Non M etallic M ines Sep,2002 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3(1 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: 对粉体及表面改性剂的分散性好; 粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等; 改性温度可调; 单位产品能耗低; 无粉尘污染; 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。
在这种背景下,原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程设备有限公司合作研制开发了专门针对超细粉体表面改性或表面处理的SLG型连续式粉体表面改性机,并对其进行了应用研究。
1 SLG型连续式粉体表面改性机结构和性能特点1 1 结构和工作原理 SLG型连续式粉体表面改性机,主要由温度计、出料门、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机组成(图1)。
其主机由三个呈品字形排列的改性圆筒组成。
图1 SLG型连续式粉体表面改性机结构1 温度计;2 出料门;3 进风口;4 风管;5 主机;6 进料口;7 计量泵;8 喂料机工作时,待改性的物料经喂料机给入,经与计量和连续给入的表面改性剂接触后,依次通过三个圆筒形的改性腔从出料口排出。
在改性腔中,特殊设计的高速旋转的转子和定子与物料的冲击、剪切和摩擦作用,产生其表面改性所需的温度。
该温度可通过转子转速、粉料通过的速度或给料速度及风门大小来调节,最高可达120 。
同时转子的高速旋转,强制物料松散并形成涡旋二相流,使表面改性剂能迅速、均匀或均等地与颗粒表面作用,包覆于颗粒表面。
因此,该机的结构和工作原理,基本上能满足对粉体及表面改性剂的良好分散性、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等的技术要求。
1 2 性能特点 SLG型连续式粉体表面改性机的工艺配置,主要由给料装置、给药装置、SLG型连续式粉体表面改性机、旋风集料器及除尘器组成(图2)。
这一配置,具备了连续生产、无粉尘污染等工艺特性,且操作简便、运行平稳、单位产品能耗低。
目前,该型粉体表面改性机共研制出二种机型,其型号及主要技术参数见表1。
图2 SLG 型连续式粉体表面改性机的工艺配置图1 给料装置;2 给药装置;3 SLG 型连续式粉体表面改性机;4 旋风集料器;5 除尘器表1 粉体表面改性机的型号及主要技术参数型号SLG 电机功率kW 转速r/m i n 加热方式生产方式生产能力kg/h外形尺寸m3/30055 54500自摩擦连续500~10006 8 1 7 63/6001112700自摩擦连续2000~300011 5 2 8 72 SLG 连续式粉体表面改性机应用研究1999年底研制成功后,先后受用户委托,对轻钙、重钙、煅烧高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁、滑石粉、水镁石粉、二氧化硅、玻璃微珠、粉煤灰以及纳米碳酸钙和纳米氧化锌等进行了表面改性试验。
目前已有十余台(套)在生产上应用,部分超细粉体表面改性试验及应用研究的结果如下。
2 1 轻质碳酸钙 轻钙广泛应用于塑料制品(如上下水管、门窗异形材等)、涂料、油墨等领域。
要改善其在这些应用领域中与有机高聚物基料的相容性及在体系中的分散性,从而提高填充或复合后制品的综合性能,必须对轻钙进行表面改性。
SLG 连续式粉体表面改性机有3台设备分别于2000年(SLG 3/600)和2001年(SLG 3/300)用于轻钙的生产,累计生产万t 以上。
产量:SLG 3/600型1800~2000kg/h,SLG 3/300型600~800kg /h 。
可根据用户需要,任意选用固体或液体表面改性剂,如硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯、磷酸脂等。
河北井陉常胜钙业有限公司,用SLG 3/300连续式粉体表面改性机改性活性轻钙的技术指标:筛余物(325目筛)0 3%;105 下挥发物含量0 24%;盐酸不溶物含量0 12%;铁(Fe)含量0 03%;锰(Mn )含量0 004%;白度93 0度;吸油值65g/100g;活化度96%;沉降体积2 8g/ml 。
由于SLG 3/300表面改性机连续生产并配有收尘系统,因此与用高速加热混合机对轻钙进行改性相比较,还具有物料损失少、粉尘污染轻等优点。
2 2 煅烧高岭土 煅烧高岭土广泛应用于涂料、造纸、电缆、橡胶、塑料、陶瓷等工业领域。
但高岭土的聚结性较强,在用于电缆、橡胶、塑料等高聚物基复合材料及部分涂料时,为了改善其与这些体系中有机基料的相容性及提高其在体系中的分散性,必须对其进行表面改性或表面处理。
工业试验原料为金洋煅烧高岭土公司生产的超细和高白度煅烧高岭土,改性剂为硅烷偶联剂,试验机型为SLG 3/300连续式粉体表面改性机。
为与高速加热混合机对比,金洋公司的技术人员同时用高速加热混合机用同样品种和用量的改性剂进行试验。
试验方法及过程如下: 取煅烧高岭土原样,编号为1#。
将原样均分为三份,一份用于清洗机器和备用,一份用于添加1 33%的硅烷偶联剂,一份用于添加1 1%的硅烷偶联剂。
开机,加入半份物料清洗机器,处理腔内温度升至70 。
待清洗机器的物料全部接出时,进行改性剂用量为1 33%的样品改性试验,至加入量约一半时取样品3#、4#,同时与用高速加热混合机试验地联系取样品2#。
改性剂用量为1 33%的样品处理完后,逐渐加入改性剂用量为1 1%的样品的改性试验,至加入量约一半时取样品5#、6#。
将用1 33%改性剂改性后的试验样品(25kg ),加入SLG 3/300连续式粉体表面改性机中进行二次处理,取样品7#。
放置相同时间后,对取样进行吸油量、筛余量(325目)、最大颗粒等分析。
同时将2#、3#、5#、7#试样加入橡胶,制成胶样,进行常规检测。
表2和表3分别为改性样品的直接检测结果和制成胶样后的常规四项检测结果。
表2 改性样品的直接检测结果样品名称1#2#3#4#5#6#7#吸油量/g/100g61 764 264 264 264 266 766 7325目筛余量/%0 0010 0010 0010 0030 0010 0010 001最大颗粒/ m4547 545454547 545表3 改性样品制成胶样后的常规四项检测结果样品拉伸强度kg/cm 2扯断伸长率%永久变形%硬度(邵氏)2#23 949222553#27 649230575#25 651624527#24 45002452由上可见,SLG 3/300连续式粉体表面改性机改性后粉体的最大颗粒,小于用高速加热混合机改性后的粉体,特别是制成胶样后样品的拉伸强度和永久变形,前者明显优于后者。
说明在试验条件相同的情况下,该机改性效果好于高速加热混合机。
2 3 无机纳米粉体 由于无机纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使得这些表面原子具有很高的活性,极不稳定,很易团聚在一起形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。
这种纳米粒子的团聚可能发生在合成阶段、干燥过程及后来的处理中。
这些团聚体的形成使得纳米颗粒不能以其单一的纳米颗粒均匀分散,不能发挥其应有的纳米粒子效应,对纳米粉体的应用性能产生不利的影响,使得很多情况下与分散较好的微米粒子的应用性能没有明显的差别。
因此,无机纳米粉体的分散性能至关重要。
此外,无论是在无机基复合材料(如多相陶瓷)、金属基复合材料、高聚物基复合材料,还是在涂料、染料等中应用的无机纳米粉体材料,还存在与基料(包括其他无机组份、金属基料、高分子基料等)的相容性问题。
良好的相容性,是获取高性能纳米复合材料的重要条件之一。
因此,要通过表面修饰或表面改性,改善或增强纳米粉体与其它物质之间的相容性。
本着提高纳米粉体的分散性(解聚)和提高其与有机高聚物基料的相容性两个目的,分别对太原丰海纳米科技有限公司生产的纳米氧化锌和蒙西高新材料有限公司生产的纳米碳酸钙,在SLG 3/300表面改性机上进行了分散解聚和表面改性试验。
2 3 1 纳米氧化锌:共进行了三组工业试验,用试料180kg,其中分散、硬脂酸改性、钛酸酯改性各用60kg。
改性试验条件为:改性剂用量,硬脂酸4 0%、钛酸酯4 5%;其中硬脂酸以干粉计量连续自动加入,钛酸酯偶联剂用计量泵连续计量加入;温度,105~120 ;物料通过量,450kg/h。
改性样品活化指数测定结果:硬脂酸改性99 8%,钛酸酯改性93 6%。
图3(1)、(2)、(3)分别为原料、硬脂酸改性、钛酸酯改性样品的透射电镜(TEM)照片。
由此可见,SLG 3/300连续式粉体表面改性机对纳米氧化锌有良好的分散解聚和表面改性效果。
2 3 2 纳米碳酸钙:共进行了二组工业试验,用试料400kg,其中硬脂酸改性、钛酸酯改性各用200kg。
改性试验条件为:改性剂用量,硬脂酸3 5%、钛酸酯3 5%;其中硬脂酸以干粉计量连续自动加入,钛酸酯偶联剂用计量泵连续计量加入;温度,90~ 95 ;物料通过量,550kg/h。