表面改性是優(yōu)化粉體材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，對提高材料的應(yīng)用性能和價值起著至關(guān)重要的作用。粉體的表面改性或表面處理技術(shù)主要包括表面改性方法、工藝、表面改性劑及其配方、表面改性設(shè)備等。其中在表面改性工藝和改性劑配方確定的情況下，表面改性設(shè)備就成為影響粉體表面改性或表面處理效果的關(guān)鍵因素。

粉體表面改性的作用

粉體表面改性設(shè)備主要擔(dān)負(fù)3項職責(zé)：一是混合；二是分散；三是表面改性劑在設(shè)備中融化和均勻分散到物料表面并產(chǎn)生良好的結(jié)合。由于混合物的種類和性質(zhì)各不相同，混合、分散和表面改性要求的質(zhì)量指標(biāo)也不相同，因而出現(xiàn)多種性質(zhì)不同的改性設(shè)備。

目前工業(yè)上應(yīng)用的表面改性設(shè)備有2類：

（1）從化工、塑料、粉碎、分散等行業(yè)中引用過來的如干法表面改性用的高速加熱式混合機、臥式加熱混合機、沖擊式粉體表面改性機、以及濕法表面改性用的反應(yīng)釜、可控溫反應(yīng)罐；

（2）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。

一、高速加熱式混合機

高速加熱式混合機是無機粉體，如無機填料或顏料表面化學(xué)包覆改性常用的設(shè)備之一，這是塑料制品加工行業(yè)廣泛使用的混料設(shè)備，通常由由回轉(zhuǎn)蓋、混合鍋、折流板、攪拌裝置、排料裝置、機座等組成。

常見的高速加熱式混合機結(jié)構(gòu)

工作原理：當(dāng)混合機工作時，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側(cè)面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動，同時離心力使物料反復(fù)被拋起，這種上升運動與切向運動的結(jié)合，使物料實際上處于連續(xù)的螺旋狀上、下運動狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)輪速度很高，帶動快速運動著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使得團塊破碎，物料溫度相應(yīng)升高，同時迅速地進行交叉混合。這些作用促進了物料的分散和對液體添加劑（如表面改性劑）的均勻吸附。

適用范圍：高速加熱混合機是一種間歇式的批量粉體表面改性設(shè)備，處理時間可長可短，適合中、小批量粉體的表面化學(xué)包覆改性和實驗室進行改性劑配方試驗研究。

二、高速氣流沖擊式表面改性機

高速沖擊式粉體表面改性機(HYBridization，HYB)是日本奈良機械制作所開發(fā)的利用高速氣流沖擊法對微粉進行干法表面改性的專用設(shè)備，由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子和循環(huán)回路等部分組成的間歇式改性設(shè)備，被國內(nèi)外幾家高校和研究機構(gòu)采用進行粉體改性的實驗研究。

工作原理：物料在OM混合機中均勻混合后，經(jīng)定量計量系統(tǒng)加入主機。主機由高速放轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子和循環(huán)回路等部分組成，物料在這些部件作用下被迅速分散，并受到強大的沖擊力作用，同時也包括受到粒子間相互作用的壓縮、摩擦、剪切、撞擊等多種力的作用，在短時間內(nèi)( 1—10min)均勻地完成固定、成膜或球形化處理。

適用范圍：該系統(tǒng)不僅可用于粉體（如鋰電負(fù)極材料、顏料、無機填料、藥品、金屬粉、墨粉等）的表面化學(xué)包覆、膠囊化、機械化學(xué)改性和粒子球形化處理，還可用于“微米/微米”和“納米/微米”粉體的復(fù)合。物料可以是無機物、有機物、金屬等，適用范圍較廣，而且是短時間干式處理。

三、濕法表面改性設(shè)備

目前濕法表面改性設(shè)備主要采用可控溫攪拌反應(yīng)釜或反應(yīng)罐，這種設(shè)備的筒體一般做成帶夾套的內(nèi)外兩層，夾套內(nèi)通加熱介質(zhì)，如蒸汽、導(dǎo)熱油等，一些較簡單的表面改性罐也可采用電加熱。粉體表面化學(xué)包覆改性和沉淀包膜改性用的反應(yīng)釜或反應(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耐堿腐蝕即可，因此，結(jié)構(gòu)較為簡單。

反應(yīng)釜/反應(yīng)罐

一般攪拌裝置是反應(yīng)釜的關(guān)鍵部件，我國對攪拌裝置的主要零部件已實行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，攪拌器主要有推進式、槳式、渦輪式、錨式、框式及螺旋式等類型。具體選用時要考慮流動狀態(tài)、攪拌目的、攪拌容量、轉(zhuǎn)速范圍及漿料最高黏度等因素。

四、SLG型連續(xù)式粉體表面改性機

SLG型連續(xù)式粉體表面改性機是連續(xù)式表面改性設(shè)備的代表性機型，在非金屬礦物粉體表面改性生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，是專為粉體改性而開發(fā)，主要由溫度計、出料口、進風(fēng)口、風(fēng)管、主機、進料口、計量泵和喂料機等組成。

SLG型連續(xù)式粉體表面改性機

工作原理：將待改性物料及表面改性劑從入料口給入后，依次經(jīng)過3個強烈混合室后從排料口排出。這種改性機依靠轉(zhuǎn)子葉片和定子與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用產(chǎn)生表面改性所需的溫度。轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)強制松散并形成渦流兩相流﹐使表面改性劑能迅速與顆粒表面作用﹐所以包覆效果好。

適用范圍：SLG型系列連續(xù)式粉體表面改性機對粉體及表面改性劑的分散性好，不僅改性產(chǎn)品無團聚顆粒，而且對原料中的團聚體顆粒有一定的解聚作用，適用于連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)各種表面有機化學(xué)包覆的無機粉體，如重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、氧化鋅、氫氧化鎂、強氧化鋁、絹云母、硫酸鋇、白炭黑、鈦白粉、滑石、硅微粉等無機活性填料或顏料。既可以與干法制粉工藝（如超細(xì)粉碎工藝）配套，也可單獨設(shè)置用于各種超細(xì)粉體的表面改性以及納米粉體的解團聚和表面改性。

五、PSC型連續(xù)式粉體表面改性機

PSC型粉體表面改性機是表面化學(xué)改性的專用設(shè)備，具有能連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)量高、能耗低、自動化程度高、工人勞動強度低、無粉塵污染、且表面改性劑用量少、包覆率高、顆粒間無粘結(jié)﹑顆粒不增大等特點，通常由由給料輸送、主機、改性劑供給、排料、成品 輸送、成品收集倉、加熱、給風(fēng)、除塵等系統(tǒng)構(gòu)成。

PSC型連續(xù)式粉體表面改性機

工作原理：粉體原料及改性劑被加熱熔化至液體狀態(tài)后經(jīng)輸送管道送至霧化室，形成霧狀后受到兩組噴嘴從不同方向噴射出氣流的作用，混合送入主機，進入主機內(nèi)的霧化物料在攪拌棒的高速攪拌下受到了沖擊、 摩擦、剪切等諸多力的作用使粉體顆粒與改性劑得到更加充分接觸、混合，主機出口處高速旋轉(zhuǎn)運動的沖擊錘將包覆改性的物料進一步?jīng)_擊、粉碎、有效地預(yù)防了物料可能形成的結(jié)團現(xiàn)象。

適用范圍：適用于325 ~ 600目重質(zhì)、輕質(zhì)碳酸鈣、煅燒高嶺土、滑石、鈦白粉、白炭黑﹑硅微粉、硅灰石、絹云母、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、粉煤灰、硫酸鋇、沸石、葉蠟石等多種非金屬礦粉體表面改性的專用設(shè)備，也可與多種超細(xì)粉磨設(shè)備配套組成生產(chǎn)流水線。

相比較而言，PSC采用的是改性劑單獨霧化，粉體事先流化（使粉體分布均勻），然后霧化后的改性劑再噴射到流化后的粉體上，增加了粉體與改性劑接觸的幾率，在包覆率方面較SLG有所改善。在溫度控制方面，SLG 依靠摩擦自加熱，加熱溫度依賴粉體與改性劑的引入速度及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，溫度難以控制，而PSC 采用導(dǎo)熱油間接加熱改性劑的方法。但同時也存在未對粉體進行充分打散，從而不能有效解決其團聚問題等不足。

六、寬腔釘（針）盤磨

寬腔釘盤磨是一種沖擊式磨機，磨腔內(nèi)兩塊釘盤相反方向高速運轉(zhuǎn)，產(chǎn)品的細(xì)度通過調(diào)節(jié)釘盤轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。兩塊釘盤相對運轉(zhuǎn)時之間會產(chǎn)生向心力，因而即使是濕料，粘性物料同樣也可以處理。相較于其他研磨技術(shù)釘盤磨的能量需求更低，寬大的研磨室可防止內(nèi)部涂層和堵塞問題的產(chǎn)生，十分適用于結(jié)晶或針狀顆粒以及制藥和食品行業(yè)用的脂狀或油狀物料的研磨加工，可以使用液氮進行低溫粉碎。

工作原理：受到盤內(nèi)不同方向的氣流沖擊，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子讓特殊設(shè)計的釘盤內(nèi)形成渦旋二相流，讓物料和改性劑被充分打散。依靠轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用所產(chǎn)生的熱量，粉體和改性劑在盤內(nèi)迅速升溫，達到改性需要的溫度，也因此讓兩者得以充分接觸、混合，改性劑能迅速、均勻地與粉體顆粒表面作用，包覆于顆粒表面，完成對粉體的表面包覆改性。

目前，德國阿爾派改性應(yīng)用的針盤磨工藝，達到99%以上的改性率，其第三代改性針盤磨工藝，在亞洲地區(qū)涵蓋了韓國、馬來西亞、日本等廠商，而應(yīng)用寬腔針盤的這些廠商也幾乎壟斷了高端的材料應(yīng)用市場。依照目前的市場狀況，可以說掌握高活化度的粉體改性工藝，就等同壟斷了大部分的中高端改性粉體市場。

七、蜂巢磨

蜂巢磨機是一種機械式磨機，倡導(dǎo)先解聚再干燥，能同步實現(xiàn)物料研磨、干燥、分選以及粉末的化學(xué)表面處理，是專門針對粒徑尺寸分布有嚴(yán)格要求的超細(xì)粉末生產(chǎn)。蜂巢磨一般為模塊化設(shè)計，不僅易于更換和維修，而且不同的物料可采用不同的設(shè)計，使用不同的材質(zhì)，以保證物料的色度和純度。物料經(jīng)精準(zhǔn)計量后，送入熱空氣系統(tǒng)出去表面游離水，并在磨機內(nèi)充分打散解聚，充分解聚還原后的顆粒沸騰在空氣中與霧化的改性劑纏繞結(jié)合形成單層納米包覆。

工作原理：主要的部件是一個垂直安裝的多級解聚輪，每級解聚輪由安裝在主軸上的兩個支撐碟片及若干個葉片組成。葉片快速轉(zhuǎn)動，磨槽是獨特的加強筋型的固定襯條。在葉片與襯條之間形成湍流的“蜂巢”，其間的壓力、剪切力和摩擦力，迅速將物料磨成超細(xì)粉末。物料經(jīng)過精準(zhǔn)的定量和稱量，通過變頻調(diào)速裝置進入到熱空氣系統(tǒng)，被熱空氣去除物料表面游離水后在蜂巢磨機內(nèi)充分打散解聚還原到原始顆粒或者天然晶型粒徑。充分解聚還原的顆粒沸騰在空氣中與霧化的改性劑纏繞結(jié)合形成單層納米包裹膜。

總結(jié)

現(xiàn)有粉體表面改性的大多數(shù)設(shè)備還是沿用一些通用化工設(shè)備，專用設(shè)備還較少。 因此，今后將發(fā)展適應(yīng)性強的專門的表面改性（處理）設(shè)備，例如已有國內(nèi)廠家開發(fā)出專用的等離子球形化設(shè)備等。 對粉體材料而言，粒徑微細(xì)化、表面活性化、晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化被認(rèn)為是今后的三大發(fā)展方向。但是現(xiàn)今這類處理工藝是獨立設(shè)置的，今后將發(fā)展“復(fù)合”處理工藝，將各種功能需求改性復(fù)雜化組合進行，在同一工藝設(shè)備中達到幾種目的。因此，發(fā)展“復(fù)合”表面改性處理設(shè)備是今后 粉體表面改性設(shè)備的發(fā)展方向之一。

參考來源：

1.中國粉體表面改性設(shè)備的進展，劉伯元（中國粉體技術(shù)）；

2.影響粉體表面改性效果的主要因素，鄭水林（中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊）；

3.無機粉體表面改性技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，鄭水林（無機鹽工業(yè)）；

4.粉體表面改性處理設(shè)備及其發(fā)展，吉曉莉、陳家炎（湖北化工）。

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