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粉體表面改性技術(shù)及其表征

粉體表面改性是應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)，特別是無(wú)機(jī)礦物功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新技術(shù)。無(wú)機(jī)粉體表面改性產(chǎn)品適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)環(huán)保、節(jié)能、安全、健康的需求，是最具發(fā)展前景的功能粉體材料。

1、粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，主要向環(huán)保性、穩(wěn)定性、高效性、規(guī)模化、連續(xù)化、定制化、裝備與技術(shù)一體化等方向發(fā)展。

即發(fā)展適用性廣、分散性能好、粉體與表面改性劑的作用機(jī)會(huì)均等、表面改性劑包覆均勻、改性溫度和停留時(shí)間可調(diào)、單位產(chǎn)品能耗和磨耗較低、無(wú)粉塵污染的先進(jìn)工藝與裝備集成及大型化表面改性設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上采用人工智能技術(shù)對(duì)主要改性工藝參數(shù)和改性劑用量進(jìn)行在線自動(dòng)調(diào)控。

2、粉體表面改性設(shè)備

目前使用的粉體表面改性設(shè)備一是引用或改造化工、塑料、粉碎、分散、干燥等行業(yè)的設(shè)備，如高速加熱混合機(jī)、沖擊式粉體表面改性機(jī)、干燥/粉碎/改性一體機(jī)以及濕法表面改性用的反應(yīng)釜和可控溫反應(yīng)罐；二是專用粉體表面改性設(shè)備，主要是SLG型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)及其類似結(jié)構(gòu)的改性設(shè)備，如：PSC型粉體表面改性機(jī)、高速?zèng)_擊式粉體表面改性機(jī)（HYB）、流態(tài)化床式改性機(jī)、多功能表面改性機(jī)。

表面改性設(shè)備可分為干法和濕法兩類。常用的干法表面改性設(shè)備是SLG型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)、高速加熱混合機(jī)、渦流磨等；常用的濕法表面改性設(shè)備為可控溫反應(yīng)罐和反應(yīng)釜。

SLG型連續(xù)式粉體表面改性機(jī)工作原理示意圖

（1）干法表面改性設(shè)備

干法表面改性設(shè)備按生產(chǎn)方式可分為連續(xù)式粉體表面改性機(jī)和間歇式粉體表面改性機(jī)。干法連續(xù)改性設(shè)備是連續(xù)進(jìn)料和添加改性劑以及連續(xù)出料的一類表面改性設(shè)備，代表性設(shè)備為SLG型連續(xù)粉體表面改性機(jī)。間歇式粉體表面改性機(jī)是批次加料和添加改性劑，每處理好一批料后停機(jī)卸料，然后再加料和添加表面改性劑進(jìn)行改性的設(shè)備，這類改性設(shè)備是分批進(jìn)行的，代表性設(shè)備為高速加熱混合機(jī)。

（2）濕法表面改性設(shè)備

目前，濕法表面改性設(shè)備主要采用可控溫反應(yīng)釜和攪拌反應(yīng)罐。這兩種設(shè)備的簡(jiǎn)體一般做成帶夾套的內(nèi)外兩層，夾套內(nèi)通入加熱介質(zhì)如蒸氣、導(dǎo)熱油等。一些較簡(jiǎn)單的表面改性罐也可采用電加熱。粉體表面有機(jī)改性和化學(xué)沉淀包覆（無(wú)機(jī)改性）用的反應(yīng)釜或攪拌反應(yīng)罐，一般對(duì)壓力沒(méi)有要求，只要滿足溫度和料漿分散以及耐酸或堿腐蝕即可，因此，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。

濕法表面改性設(shè)備

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的改性設(shè)備歸納起來(lái)，普遍存在的問(wèn)題是：

①?zèng)]有將物料的表面水分排除。②物料與助劑的作用時(shí)間較短。③改性后產(chǎn)生二次團(tuán)聚沒(méi)有處理。④改性后沒(méi)有將物料降溫至50℃以下，不降溫會(huì)導(dǎo)致吸附在物料表面的助劑揮發(fā)，達(dá)不到改性更好效果。⑤生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵污染嚴(yán)重，操作工人工作環(huán)境差。⑥自動(dòng)化程度低，工人操作繁瑣。⑦生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性低，沒(méi)有從投料生產(chǎn)到自動(dòng)計(jì)量打包的專業(yè)性整線生產(chǎn)設(shè)備。

3、粉體表面改性表征方法

無(wú)機(jī)粉體表面有機(jī)改性的目的是改善粉體與有機(jī)聚合物之間的親和性和復(fù)合材料的性能。因此，表征方法主要有表征粉體改性效果的潤(rùn)濕性、吸油值、在非極性溶劑中的黏度和分散性等以及表征改性粉體在聚合物基料中的應(yīng)用性能的各種方法，如復(fù)合材料的力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熔體流動(dòng)指數(shù)等）、阻燃性能（指數(shù)、煙密度、垂直燃燒、熔滴滴落等）、電性能（介電常數(shù)、體積電阻率、損耗功率因素等）、抗菌性以及用于涂料中的分散性、黏度和涂膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能（遮蓋力、著色力、光澤）、耐候性等。

2024年10月30日在上�？鐕�(guó)采購(gòu)會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)江西廣源化工有限責(zé)任公司高級(jí)工程師張曉明作《粉體表面改性技術(shù)及其表征》報(bào)告，為大家分享粉體表面改性助劑和裝備的選擇以及表面改性效果的表征和評(píng)價(jià)等內(nèi)容。

專家介紹

張曉明，男，高級(jí)工程師，主要從事非金屬粉體的加工工藝及表面改性研究，中國(guó)非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員、全國(guó)非金屬礦產(chǎn)品及制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、廣東省建材材料協(xié)會(huì)碳酸鎂分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，獲江西省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)非金屬工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，“科創(chuàng)中國(guó)”江西省企業(yè)創(chuàng)新達(dá)人優(yōu)秀代表，起草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，實(shí)用新型專利20余項(xiàng)，主持開(kāi)發(fā)省級(jí)新產(chǎn)品4項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)

鄭水林編著《粉體表面改性（第四版）》，中國(guó)建材工業(yè)出版社

張家港市通沙塑料機(jī)械有限公司

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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