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改性炭黑 碳黑-山西恒信化工有限公司

作者:管理员 来源:本站 浏览:1695 发布时间:2013-09-19 20:05:47

以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化物、氢氧化物、碳化物等为主要成分的无机非金属矿物粉体及其复合无机粉体是一类在现代工业、农业、建筑、交通运输、航空航天、环保等领域得到广泛应用的新材料。这类新型无机粉体材料除了粒度微细且分布合理外,另一个重要特征是表面性质依用途不同进行了表面改性或优化处理,其目的是改善粉体的应用性能,如提高无机粉体的分散性、与复合材料中基料的相容性、改善材料的电性、热性、光性、耐候性、化学稳定性以及改善复合材料的力学性能等。
在复合材料迅速发展的现代社会,作为有机/无机复合材料填料的非金属矿物粉体已逐渐成为复合材料不可或缺的重要组分。粉体的表面特性,特别是超细粉体的表面特性,是影响材料性能的关键因素之一。因此,粉体表面改性或表面处理技术已成为无机非金属矿物粉体加工技术的重要组成部分之一。这一领域虽然起步较晚,但近二十年来,尤其是近十年来,发展迅速。
非金属矿物粉体表面改性技术的主要组成部分是表面改性工艺、设备、表面改性剂及其配方、应用和表征技术等几方面。下面以工业化表面改性或表面处理技术为基点,简要总结无机粉体表面改性技术的发展现状及其发展趋势。
1.2表面改性工艺
表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的无机粉体表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺三大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式表面改性工艺和连续式表面改性工艺;湿法工艺又可分有机包覆改性工艺和无机沉淀包膜改性工艺;复合工艺又可分为机械化学与表面化学改性复合工艺及沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺二种。
干法工艺是一种应用最为广泛的表面改性工艺,目前对于无机非金属矿物填料和颜料,如碳酸钙(包括重质碳酸钙和轻质碳酸钙)、高岭土(包括煅烧高岭土、水洗高岭土)、滑石、硅灰石、硅微粉、玻璃微珠(粉煤灰提纯产品)、氢氧化铝、氢氧化镁及水镁石等,多数采用干法表面改性工艺。原因是干法表面改性工艺具有工艺简单、作业灵活、投资较省以及改性剂适用面广(无论是水溶性和非水溶性表面改性剂均可使用)等特点。其中,间歇式干法表面改性工艺的特点是可以在较大范围内灵活地调节表面改性处理的时间及改性温度(即停留时间),但是由于粉体的表面改性是极少量表面改性剂在大批量粉体表面的吸附和反应过程,为了使表面改性剂较均匀地在粉体物料表面进行包覆,要对表面改性剂进行稀释,会增加改性剂成本;(常用的稀释剂如:现在网上报价无水乙醇价格5800元/吨,白矿油7500元/吨,稀释比例一般为1:1,所以每吨产品成本要高出58元或75元。)其缺点是表面改性剂与粉体物料作用不均匀、改性剂用量大,此外,劳动强度较大,生产效率较低、能耗较高、粉尘污染较严重,难以适应大规模工业化生产,一般应用于小规模工业化生产。连续式表面改性工艺的特点是:表面改性剂可以不稀释,对粉体和表面改性剂的分散较好,粉体表面包覆较均匀;由于连续给料和添加表面改性剂,劳动强度小,生产效率高,适用于大规模工业化生产。这种干法表面改性工艺常常设置于干法粉体制备工艺之后,大批量连续生产各种表面改性工业粉体。
湿法表面有机包覆改性工艺与干法工艺相比具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等特点,但需要后续脱水(过滤和干燥)作业。一般用于可水溶或水解的有机表面改性剂以及前段为湿法制粉(包括湿法机械超细粉碎和化学制粉)工艺而后段又需要干燥的场合,如轻质碳酸钙(特别是纳米碳酸钙)、超细氢氧化铝与氢氧化镁、超细二氧化硅等的表面改性,这是因为化学反应后生成的浆料即使不进行湿法表面改性也要进行过滤和干燥,在过滤和干燥之前进行表面改性,还可使物料干燥后不形成硬团聚,改善其分散性。
无机沉淀包膜改性工艺是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法。沉淀反应是目前无机颜料表面改性最常用的方法之一,如工业上应用的氧化铝或二氧化硅改性二氧化钛(钛白粉),金属氧化物(氧化钛、氧化铁、氧化铬等)在白云母颗粒表面的沉淀反应包膜制取珠光云母和着色云母,氧化钴沉淀包膜a-Al2O3粉体,等等。
机械化学与表面化学改性复合工艺是一种在机械超细粉碎过程中添加表面改性剂,在粉体粒度减小的同时对粉体颗粒进行表面化学包覆改性的复合工艺。这种在粉碎过程在进行表面改性的工艺也称为原位改性,原位改性的定义:矿物粉体在粉碎的同时即矿物表面还处于破裂原始界面(未被氧化和水化)即进行表面改性的现象,这个时候矿物表面的比表面能最高, 官能团最活跃,活性也就最强,此时进行表面改性,改性的效果最佳。引入另两个改性概念:亚原位改性和非原位改性:亚原位改性是在粉体破碎后矿物粉体表面未充分被氧化水化的状态下进行的表面改性,一般破碎+改性流水线作业的都属于这种情况,这时粉体表面的破碎面表面官能团尚未完全被氧化水化,原料粉体还留有一定的温度,水分也处于最低状态,此时改性是能最大限度满足改性各方面要素的最佳时机。非原位改性是被改性的粉体原料表面温度冷却到室温,粉体表面充分被氧化水化,在粉体表面形成相对稳定的化学结构,此时再参与被改性的一种改性方式。粉体经过长时间储存、运输后再进行改性属于这样一种改性方式,此时改性主要关心的是粉体原料的水份含量。因为连续式粉体表面改性机,影响主机内改性温度的一个很重要的因素就是粉体的含水率,一般不超过 0.5%,每0.1%水份的含量可影响改性主机温度10-15度。
目前机械粉体一体化这种工艺在用振动磨、环辊磨加工超细活性重质碳酸钙中得到了应用。这种复合表面改性工艺的特点是可以简化工艺,某些表面改性剂具有一定的助磨作用,可在一定程度上提高粉碎效率。不足之处是温度不好控制以及表面活性剂的润滑作用使得粉体的流动性大大增强又降低了粉体对撞破碎效率;此外,由于改性过程中颗粒不断被粉碎,产生新的表面,颗粒包覆难以均匀,要设计好表面改性剂的添加方式才能确保均匀包覆和较高的包覆率;此外,如果粉碎设备的散热不好,超细粉碎过程中局部的过高温升可能在一定程度上使表面改性剂分解或分子结构被破坏。
沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺是在沉淀反应包覆改性之后再进行表面化学包覆处理,目的是得到能满足某些特殊用途要求的复合型粉体原(材)料。例如,微细二氧化硅先在溶液中沉淀包覆一层Al2O3,然后用4VP(四乙烯吡啶)进行包覆,便得到一种表面有机物改性的复合无机物粉体产品。这种复合改性工艺也已用于超细TiO2的表面改性,即在沉淀反应二元包覆SiO2、Al2O3薄膜的基础上,再用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂及三乙醇胺、季戊四醇等对亚微米TiO2颗粒进行表面有机包覆改性,不仅提高了TiO2的耐候性,还提高了其疏水性和在基料中的润湿性和分散性。
一种气流湍流颗粒分散与表面改性方法微胶囊包覆改性方法是将压缩空气干燥加热并以此热空气加热表面改型剂;高压热空气将从粉体原料仓给入的超细粉体通过分散喷嘴喷出,与通过喷嘴喷出的雾化状表面改性剂作用,附着了表面改性剂的粉体物料进入粉体改性腔进行强化改性处理,使表面包覆改性剂牢固包覆于颗粒表面,包覆改性好的颗粒由分散喷嘴喷出后用冷空气进行冷却,最后通过收集装置进行收集。该方法已完成了实验装置的制备和实验室试验。

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