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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)，特別是無機礦物功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新技術(shù)。無機粉體表面改性產(chǎn)品適應(yīng)現(xiàn)代社會環(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

從粉體表面改性技術(shù)發(fā)展趨勢來看，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會均等、表面改性劑包覆均勻、改性溫度和停留時間可調(diào)、單位產(chǎn)品能耗和磨耗較低、無粉塵污染的先進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)對主要改性工藝參數(shù)和改性劑用量進行在線自動調(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、沖擊式粉體表面改性機、干燥/粉碎/改性一體機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)式粉體表面改性機及其類似結(jié)構(gòu)的改性設(shè)備，如：PSC型粉體表面改性機、高速沖擊式粉體表面改性機（HYB）、流態(tài)化床式改性機、多功能表面改性機。

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、高速加熱混合機、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)式粉體表面改性機和間歇式粉體表面改性機。干法連續(xù)改性設(shè)備是連續(xù)進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。間歇式粉體表面改性機是批次加料和添加改性劑，每處理好一批料后停機卸料，然后再加料和添加表面改性劑進行改性的設(shè)備，這類改性設(shè)備是分批進行的，代表性設(shè)備為高速加熱混合機。

（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。一些較簡單的表面改性罐也可采用電加熱。粉體表面有機改性和化學(xué)沉淀包覆（無機改性）用的反應(yīng)釜或攪拌反應(yīng)罐，一般對壓力沒有要求，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)較為簡單。

濕法表面改性設(shè)備

目前國內(nèi)市場的改性設(shè)備歸納起來，普遍存在的問題是：

①沒有將物料的表面水分排除。②物料與助劑的作用時間較短。③改性后產(chǎn)生二次團聚沒有處理。④改性后沒有將物料降溫至50℃以下，不降溫會導(dǎo)致吸附在物料表面的助劑揮發(fā)，達不到改性更好效果。⑤生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵污染嚴(yán)重，操作工人工作環(huán)境差。⑥自動化程度低，工人操作繁瑣。⑦生產(chǎn)過程連續(xù)性低，沒有從投料生產(chǎn)到自動計量打包的專業(yè)性整線生產(chǎn)設(shè)備。

3、粉體表面改性表征方法

無機粉體表面有機改性的目的是改善粉體與有機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（抗拉強度、沖擊強度、斷裂伸長率、彎曲強度、撕裂強度、硬度、耐磨性、熔體流動指數(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日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(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”。屆時江西廣源化工有限責(zé)任公司高級工程師張曉明作《粉體表面改性技術(shù)及其表征》報告，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價等內(nèi)容。

專家介紹

張曉明，男，高級工程師，主要從事非金屬粉體的加工工藝及表面改性研究，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會專家委員會委員、全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員、廣東省建材材料協(xié)會碳酸鎂分會副會長，獲江西省技術(shù)發(fā)明二等獎1項，中國非金屬工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎二等獎1項，“科創(chuàng)中國”江西省企業(yè)創(chuàng)新達人優(yōu)秀代表，起草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項，團體標(biāo)準(zhǔn)2項。授權(quán)發(fā)明專利8項，實用新型專利20余項，主持開發(fā)省級新產(chǎn)品4項。

參考文獻

鄭水林編著《粉體表面改性（第四版）》，中國建材工業(yè)出版社

張家港市通沙塑料機械有限公司

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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