對粉體進行改性的裝置的製作方法
2023-05-25 05:46:51
專利名稱：對粉體進行改性的裝置的製作方法
技術領域：
本發明是申請日為2004年12月07日、申請號為2004100814504、發明名稱為「對粉體進行改性的方法和裝置」發明專利申請的分案申請。
技術領域：
本發明涉及粉體的攪拌混合分散解聚，具體涉及一種粉體改性的方法和裝置。
背景技術：
粉體材料在應用於橡膠、塑料等高分子材料中時，必須首先經過改性處理。改性處理的方法可分為幹法和溼法兩大類，而其中以幹法為最常用的方式。幹法改性就是在乾燥的粉體中(水分一般≤0.5％)加入適當的化學助劑，在特定的裝置中進行處理，在一定的工藝條件下(溫度、時間)即可得到改性粉體，而改性粉體的技術指標第一是活化度，要求＞95％；第二是檢查有無顆粒狀團聚體。國內外目前幹法改性的技術與裝置主要是針對2500目以下的普通粉體，至今仍沒有適用於超細粉體，特別是6000目以上超細粉體的改性技術與裝置。
普通粉體由於顆粒粒度粗，表面能小，其本身的分散性就好，因而在一定強度的機械混合下，就可和表面改性劑發生均勻混合，其粉體顆粒被表面改性劑所包裹而完成改性處理。
處理普通粉體改性所用的裝置，目前有兩種，一種是高速捏合機(也稱為高混機、高攪機)，這是目前國內外粉體幹法改性最為常用的，也是最為成熟的一種。例如法國OMYA公司就是用這種裝置進行粉體改性。高速捏合機是一種間歇式作業的粉體幹法改性裝置，因而對普通粉體而言只能用於硬脂酸包裹，而很難適用於偶聯劑改性。其工作原理是將粉體和改性劑一次性裝入一個活化裝置中，活化裝置容積從幾立升至幾百立升不等，在活化裝置的容器的軸向上有兩組攪拌軸，在電機帶動下高速旋轉，攪動粉體，使粉體和改性劑一次性投料，間歇式生產，產量由容器容積控制。其缺點是混合強度不夠，由於在封閉的空間內，溫度難以控制，勞動強度大，粉塵汙染較重。對於超細粉體而言，由於其表面能大，因而粉體的聚團難以分散。
另一種是近兩年剛剛出現的三滾筒高速混合機，基本上由三個外形成圓柱形筒體的活化裝置組成，其工作原理是三個圓柱形筒體軸向平行地按「S」形排列，每個筒體內部在筒體軸向上排有轉子和定子，在電機帶動下高速旋轉，使粉體與改性劑充分混合。其特點是連續投料連續生產，攪拌強度大，缺點是由於沒有加熱裝置且物料在設備中停留時間很短，因而溫度難以達到偶聯劑反應所需要的溫度。對於超細粉體，其攪拌強度雖較大，但由於停留時間短，因而最終的攪拌混合效果仍然較差。
發明內容本發明的目的意在克服上述現有技術的不足，提出一種能連續投料連續生產、既適合於普通粉體和超細粉體改性、還適合於不同類型的偶聯劑改性、且改性效果好的粉體改性方法及裝置。
實現上述目的的技術方案是一種對粉體進行改性的方法，包括1)將粉體改性分為混合的步驟和活化的步驟；2)所述混合的步驟是指在物料與改性劑進行混合的過程中，是將改性劑分段噴入的，以利於物料與改性劑的充分混合；3)在混合的步驟和/或活化的步驟過程中，同時要對進行混合中的物料與改性劑進行加熱，用於滿足不同粉體和改性劑的反應條件，提高混合和/或改性的效果。
所述混合的步驟之前還包括預混的步驟，所述預混的步驟是指在輸送物料的過程中就已將部分改性劑與物料進行混合。所述加熱溫度為50~160度，所述活化的步驟是指在1800~3000轉/分、溫度為120-220℃的條件下進行高速攪拌。
一種對粉體進行改性的裝置，包括餵料器、混料器和活化裝置，所述餵料器、混料器和活化裝置均設有進料口和出料口，餵料器出料口與混料器進料口相連通，混料器出料口與活化裝置進料口相連通，所述餵料器上設置有噴嘴，能在輸送物料的過程中將部分改性劑與物料進行混合，所述混料器在其進料口和出料口之間設有至少一個噴嘴，通過噴嘴能夠向混料器中的物料噴加改性劑，通過混料器進行攪拌混合，所述餵料器、混料器、活化裝置至少在其中之一的殼體上設有加熱裝置，用於對其中的物料進行加熱。
所述加熱裝置是殼體上的雙層壁結構的加熱夾套，其中填充有導熱油，能夠通過導熱油的熱傳遞對殼體中的物料進行加熱。
所述混料器在其靠近進料口的前端、中部、靠近出料口的末端均設有噴嘴。
所述活化裝置由至少兩級構成，各級活化裝置均設有進料口和出料口並且順次連通，所述混料器出料口與一級活化裝置進料口相連通，所述各級活化裝置能夠對其中的物料進行攪拌混合。
還包括二級混料器，其設有進料口和出料口，其進料口與一級活化裝置出料口相連通，其出料口與二級活化裝置進料口相連通，所述二級混料器能夠對其中的物料進行攪拌混合，並且在其進料口和出料口之間設有至少一個噴嘴，能夠向其中的物料噴加改性劑。
採用上述技術方案，本發明有益的技術效果在於1)將粉體改性分為混合的步驟和活化的步驟，通過單獨設置混合的步驟，使其在活化前能混合得均勻。2)將改性劑分段噴入，更有利於物料與改性劑的充分混合。3)通過對混合中的物料與改性劑進行加熱，可充分滿足不同粉體和改性劑的反應條件，提高混合和/或改性的效果。4)在各級活化裝置前增加設置混料器，對物料進行預混，使得混合更加均勻，並且可以設置多個混料器，在不同的混合和/或活化步驟中加入不同類型的改性劑，以達到在連續的工藝中完成複合改性的效果，克服了現有設備一次操作只能投放一種改性劑的缺點。5)在餵料器進料口和混料器中設置多個噴嘴，使得改性劑以多次噴霧的形式與粉體接觸，混合更加均勻。6)在物料經過的各部件外殼設置加熱夾套，可實現對物料在各流程中的溫度控制，充分滿足粉體和改性劑的反應條件，提高改性效果。7)採用多級活化裝置的結構，便於對改性過程各個階段的精確溫度控制，延長了物料在設備中的停留時間，並且由於物料和改性劑不是一次性的加入，能夠連續進料連續出料，改性過程連續快速高效而改性結果優良。
圖1是一種對粉體進行改性的裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明一種對粉體進行改性的方法，包括1)將粉體改性分為預混的步驟、混合的步驟和活化的步驟。2)預混是指在輸送物料的同時將大約60％的改性劑與物料進行預混合，預混合的加熱溫度為50~160度。3)混合是將經過初混的物料再進入一個混料器，在混料器內的主軸高速旋轉(180~1200轉/分)，帶動軸上的葉片對物料實施強有力的剪切混合，並且通過加熱和物料自磨擦作用，將溫度上升至120℃左右，再通過設於混料器前端、中部和末端的三個噴霧器的噴嘴將改性劑分段噴入的，脈衝式計量噴入改性劑，實現物料與改性劑的多次混合保證了混合儘可能的均勻。4)活化分為三級活化，第一級活化是將經步驟3)混合後的物料在轉速為1800~2600轉/分的高速強力剪切混合下使物料呈懸浮狀態，充分混合，同時超細粉顆粒團被撕扯開，溫度進一步上升，根據實際工藝條件可保持在120-220℃之間，這一溫度適合於所有的改性劑；第二級活化是將經過一級活化改性的粉體再進入一個轉速為1800~2600轉/分、溫度在120-220℃之間的活化裝置內攪拌，進一步將前述被撕開解聚而表面未粘有改性劑的顆粒和改性劑充分接觸、混合；第三級活化是將經過一級活化改性的粉體再進入一個轉速為2200-3000轉/分、溫度在120-220℃之間的活化裝置內攪拌，徹底消除顆粒的團聚現象，製得成品。
根據需要，可在第一級活化與第二級活化步驟之間設置混合相同或不同改性劑的步驟。
實現上述對粉體進行改性的方法的裝置，如圖1所示，包括餵料器1、混料器2、二級混料器3、一級活化裝置4、二級活化裝置5、三級活化裝置6。所述各部件均設有進料口和出料口，各部件殼體上均設有加熱夾套7，所述加熱夾套7是殼體上的雙層壁結構，其中填充有導熱油，能夠通過導熱油的熱傳遞對殼體中的物料進行加熱。餵料器1上靠近進料口的部位設置有噴嘴19，能在輸送物料的過程中將部分改性劑與物料進行混合，餵料器1的出料口8與混料器進料口9相連通，混料器2的出料口10與一級活化裝置的進料口11相連通，所述混料器2在其靠近進料口9的前端、混料器2的中部、靠近出料口10的末端均設有噴嘴19，能夠向其中的物料噴加改性劑。一級活化裝置出料口12與二級混料器進料口13相連通，二級混料器出料口14與二級活化裝置進料口15相連通，所述二級混料器3在其靠近進料口13的前端、二級混料器的中部、靠近出料口14的末端均設有噴嘴19，能夠向其中的物料噴加改性劑。二級活化裝置出料口16與三級活化裝置進料口17相連通，三級活化裝置出料口18即為改性粉體的成品出料口。
餵料器中設有螺旋形輸送絞刀，用於傳送投放的物料。各混料器及活化裝置中設有靠電機帶動的旋轉主軸，軸上帶有葉片，用於對其中的物料進行攪拌混合。各相連的進、出料口通過料管進行連通。
具體工作過程①物料由餵料器1的進料口進入，裝有改性劑的噴霧器開啟，改性劑由噴嘴計量噴入餵料器中，在導熱油的加熱下(溫度為50~160度)，物料與改性劑經過輸送絞刀，實現物料與改性劑的第一次混合(預混)。
②經過預混的物料通過料管進入混料器2，混料器2的主軸高速旋轉(180~1200轉/分)，帶動軸上的葉片對物料實施強有力的剪切混合，並且由於導熱油的加熱和物料自磨擦作用，溫度上升至120℃左右，設於混料器前端、中部和末端的三個接改性劑噴霧器的噴嘴，脈衝式計量噴入改性劑，實現物料與改性劑的多次混合保證了混合儘可能的均勻。
③經處理好的物料進入一級活化裝置4(轉速為1800~2600轉/分)，物料在高速強力剪切混合下呈懸浮狀態，充分混合，同時超細粉顆粒團被撕扯開，溫度進一步上升，根據實際工藝條件可保持在120-220℃之間，這一溫度適合於所有的改性劑，經過一級改性後，物料的活化度指標＞60％。
④經過一級改性的粉體通過料管進入二級混料器3，設於其前端、中部和末端的三個接改性劑噴霧器的噴嘴可噴入第二類的改性劑或與前述改性劑同樣的改性劑，隨後物料進入二級活化裝置5(轉速為1800~2600轉/分)，然後在120-220℃之間攪拌。進一步將前述被撕開解聚而表面未粘有改性劑的顆粒和改性劑充分接觸、混合，經過二級改性後，物料的活化度指標＞90％。
⑤經過二級改性的粉體通過料管進入三級活化裝置6(轉速為2200-3000轉/分)進一步反應，同時徹底消除顆粒的團聚現象，經過這一工序，物料的活化度將＞95％，流動性也得以提高，最終而成為成品。
在上述過程中物料經過一級到三級轉速逐級提高的主機，受到的剪切力逐步加強，團聚顆粒也逐漸變小。在改性過程中，各設備的溫度範圍由偶聯劑的類型所決定，可以通過對加熱夾套的控制來實現溫度的調整。
改性實驗取6000目(-2μ＞90％)的重質碳酸鈣粉體，120公斤，水分≤0.3％，以及鈦酸脂偶聯劑(南京曙光化工廠ND131或NDZ-131)，加入量為0.25％進行改性實驗。首先對加熱夾套中的導熱油加熱使設備升溫，當溫度達到150℃時，開始由餵料器的進料口連續投入粉體同時計量加入偶聯劑(餵料器進料時加入60％，混料器前端加入10％，中部加入25％，後端加入5％)，依次經過三級活化裝置的攪拌混合，7分鐘後，改性完成。按國標法測試活化度為97％，手摸粉體感覺不到任何的顆粒。
對比例一取與改性實驗中所使用的相同的粉體和改性劑，用SHR-300型高速捏合機(張家港輕工機械廠製造)改性，攪拌5分鐘溫度上升至150℃變為低速，如此高低速交替，保持高速狀態累計時間達到20分鐘後停機卸料，總計改性時間為63分鐘。按國標法測試活化度為70％，手摸粉體可感覺到較多的顆粒。
對比例二取與改性實驗中所使用的相同的粉體和改性劑，用SYR3型三滾筒高速混合機(江蘇四方機械製造有限公司製造)改性，先以投放未加偶聯劑的物料來使設備在自磨擦狀態下升溫，50分鐘後溫度達到105℃，開始連續投入粉體同時計量加入偶聯劑，18分鐘後改性完成。按國標法測試活化度為52％，手摸粉體可感覺到少許的顆粒。
權利要求
1.一種對粉體進行改性的裝置，包括餵料器和活化裝置，其特徵在於還包括混料器，所述餵料器、混料器和活化裝置均設有進料口和出料口，餵料器出料口與混料器進料口相連通，混料器出料口與活化裝置進料口相連通，所述餵料器上設置有噴嘴，能在輸送物料的過程中將部分改性劑與物料進行混合，所述混料器在其進料口和出料口之間設有至少一個噴嘴，通過噴嘴能夠向混料器中的物料噴加改性劑，通過混料器進行攪拌混合，所述餵料器、混料器、活化裝置至少在其中之一的殼體上設有加熱裝置，用於對其中的物料進行加熱。
2.根據權利要求1所述的對粉體進行改性的裝置，其特徵在於所述加熱裝置是殼體上的雙層壁結構的加熱夾套，其中填充有導熱油，能夠通過導熱油的熱傳遞對殼體中的物料進行加熱。
3.根據權利要求1所述的對粉體進行改性的裝置，其特徵在於所述混料器在其靠近進料口的前端、中部、靠近出料口的末端均設有噴嘴。
4.根據權利要求1-3任意一項所述的對粉體進行改性的裝置，其特徵在於所述活化裝置由至少兩級構成，各級活化裝置均設有進料口和出料口並且順次連通，所述混料器出料口與一級活化裝置進料口相連通，所述各級活化裝置能夠對其中的物料進行攪拌混合。
5.根據權利要求4所述的對粉體進行改性的裝置，其特徵在於還包括二級混料器，其設有進料口和出料口，其進料口與一級活化裝置出料口相連通，其出料口與二級活化裝置進料口相連通，所述二級混料器能夠對其中的物料進行攪拌混合，並且在其進料口和出料口之間設有至少一個噴嘴，能夠向其中的物料噴加改性劑。
全文摘要
本發明公開了一種對粉體進行改性的裝置，包括餵料器、混料器和活化裝置，餵料器上設置有噴嘴，能在輸送物料的過程中將部分改性劑與物料進行混合，混料器在其進料口和出料口之間設有至少一個噴嘴，通過噴嘴能夠向混料器中的物料噴加部分改性劑，通過混料器進行攪拌混合，所述餵料器、混料器、活化裝置至少在其中之一的殼體上設有加熱裝置，用於對其中的物料進行加熱。本發明提供了一種能連續投料連續生產、適合於各種粉體和各種偶聯劑改性、且改性效果好的粉體改性裝置。
文檔編號C09C3/08GK1912017SQ20061011584
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月7日 優先權日2004年12月7日
發明者畢舒 申請人:畢舒