碳酸鈣為什麼要進行

表面改性?

改善相容性

透過表面改性,增大碳酸鈣與有機體的介面相容性及親和性,提高其與橡膠或塑膠等複合材料的產品效能。

例:用鈦酸酯偶聯劑處理後的碳酸鈣,與聚合物分子有較好的相容性,可顯著提高熱塑膠複合材料等的力學效能,如衝擊強度、拉伸強度、彎曲強度以及伸長率等。

提高分散性

超細化是提升碳酸鈣品質的重要途徑,但碳酸鈣的粒徑越小,表面能越高,吸附作用越強,團聚現象越嚴重。

透過表面改性,可使改性劑定向吸附在碳酸鈣表面,使其表面具有電荷特性,不易團聚,從而在基體中實現良好的分散。

降低吸油值

經過表面改性後,分散度提高,顆粒間空隙減少,同時改性分子對碳酸鈣表面的覆蓋又使顆粒內的空隙減小,改變了碳酸鈣的表面效能,使其表面極性減弱,顆粒間摩擦力變小,堆積得更加緊密,吸油值減小。

拓寬高階應用市場

透過表面改性,碳酸鈣親和性良好,吸油值降低,可更好地應用於塑膠、塗料、橡膠、造紙、密封膠、透氣膜等高階領域,提高產品品質,進一步降低生產成本。

提高產品附加值

普通碳酸鈣產能過剩,產品低價競爭激烈。經表面改性後的碳酸鈣,使用效果顯著提升,使用者體驗好,產品價格隨之增加。

賦予更多功能特性

表面包覆二氧化矽的碳酸鈣,可部分代替白炭黑及補充白炭黑在某些效能上的不足;表面包覆金屬的輕質碳酸鈣,可提高橡膠製品的某些特殊效能;表面包覆二氧化鈦的碳酸鈣複合材料,可在一定程度上可替代鈦白粉;用磷酸鹽、鋁酸鹽、矽酸鹽或鋇鹽等處理,可製備耐酸型碳酸鈣。

改性工藝概述

表面改性對改善粉體的效能,提高其實用價值和開拓應用領域的發展具有重要的實際意義。

在塑膠、橡膠、膠黏劑等高分子材料及複合材料中,非金屬粉體填料,如碳酸鈣、高嶺土、滑石、石英、矽灰石、石棉、氫氧化鎂、氫氧化鋁等,必須對填料表面進行改性,增強其與基質的相容性、分散性和機械強度及綜合效能。

表面改性是填料由一般增量填料變為功能性填料所必要的加工手段之一,也是礦物填料表面改性主要的目的。礦物填料表面改性主要作用包括分散作用、降黏作用、增填作用、介面力學作用。最常用改性方法主要有表面化學改性法、包覆改性法、機械力化學 改性法。涉及研究內容主要包括改性機理、改性劑、改性工藝與裝置、過程控制、產品檢測評價等。

基本工藝條件

改性的目的、方法、改性劑不同,工藝裝置也不同,但改性的基本原則是以最少的包覆材料或成本,取得最高包覆率或改性效果。

表面改性工藝要滿足改性劑的應用要求或應用條件,對改性劑分散性好,能實現改性劑在粉體表面均勻牢固包覆,工藝引數可控性好,產品質量穩定。

  • 改性劑採用稀釋、乳化、噴霧新增等措施提高分散度,最好與粉體連續給料聯動的連續噴霧或滴加;
  • 改性劑和物料的精密計量與均勻新增和給料,保證二者配比率的瞬時精確度;
  • 系統溫度與時間的調控要滿足改性機理或改性劑對工藝條件的要求,保證改性反應或包覆的充分性;
  • 裝置操作條件佳;
  • 其它因素,如輔助配套裝置打散機或分級機的使用,環境因素(溫度、溼度)等。

表面改性裝置效能的優劣,關鍵在於其操作特性

能使物料及改性劑充分均勻接觸,並呈良好分散狀態,以達到均勻的單分子吸附,減少改性劑用量

反應溫度和時間有一定的可調性,使反應在最佳溫度和時間下進行,以達到良好的表面化學改性效果

能耗和磨耗低,操作環境好

01

渦流磨改性工藝

原理及特點:採用錐形的轉子和定子,轉子和定子的間隙可調整;轉子線速度可達120米/秒;物料在轉子與定子之間高速衝擊、剪下和摩擦完成包覆過程。

功率範圍:22kW~110kW
最大產量:4t/h

優點:

  • 大風量,利用裝置高速旋轉產生的渦流,充分分散,包覆率高,無死區;
  • 可調式粉碎裝置,適合325~3000目粉體的包覆改性,適應粒度範圍廣;
  • 外接加熱裝置,溫度可控,產品穩定;
  • 精確計量噴霧裝置,實現自動化,改性劑用量少;
  • 可透過外接引風機控制包覆時間,適應不同改性劑的包覆。
型号RTM-300RTM-400RTM-500RTM-750RTM-1000
粒度D97:10μmD97:10μmD97:10μmD97:10μmD97:10μm
產量500kg/h900kg/h1500kg/h2000-2500kg/h4000kg/h
功率22kW37kW45kW75kW110kW

02

轉子磨改性工藝

原理及特點:裝置高速執行時,帶動了強大的空氣流,讓團聚粉體顆粒停留在裝置內部定子裡面,定子設計為特殊凹槽狀。風壓和風速形成強大的渦旋,會產生剪下力、摩擦力、離心力,迅速將物料搓開成單顆粒還原到原始粒徑或者天然晶型顆粒。

最大產量:4.5t/h

優點:

  • 集乾燥和粉碎功能一體化,效率高,執行成本低;
  • 可承受400℃高溫進入,軸承採用隔熱設計;
  • 研磨塊和研磨內襯可以更換,可根據不同物料選擇不同材質的研磨塊;
  • 可選擇內建分級輪,粗顆粒物料在磨機內迴圈研磨;
  • 可外接加熱空氣,同時實現乾燥、打散功能,粉碎打散區在高速轉子的作用下,物料與熱風充分接觸,熱交換面積大,水分有效帶走,更高效率的利用熱源,比傳統乾燥節能30%-50%。

03

三輥磨改性工藝

原理及特點:透過3個轉子的相對運動來改變氣旋渦流等作用實現對粉體表麵包覆。不需加熱裝置,投資省,執行成本低。

功率範圍:11kW~225kW
最大產量:6t/h

優點:

  • 工藝成熟,投資省,適合硬脂酸類的包覆改性。自摩擦生熱,附屬裝置少;
  • 適合325~1250目粉體的改性。

缺點:

  • 風量小,分散性差,特別是細粉,改性劑的用量較多;
  • 自摩擦生熱容易受環境因素影響,改性溫度控制性差;
  • 有死區,包覆率低。
型號SG200SG3/300SG3/600SG3/900
粒度 (D97:10μm)150kg/h1.5t/h3t/h6t/h
功率11kW55.5kW111kW225kW

04

針盤磨改性工藝

原理及特點:兩個轉子相對運動,線速度高達200米/秒以上。高速衝擊、剪下和摩擦導致物料充分分散和溫度急劇上升,滿足顆粒包覆的需要。

粒度範圍:D97:5μm~15μm
最大產量:7.2t/h

優點:

  • 適用範圍廣,對各種無機礦物粉均可達到理想的活化效果;
  • 改性劑和物料的精密計量與均勻新增,保證二者配比率的瞬時精確度,實現改性劑在粉體表面均勻牢固包覆,工藝引數可控性好,產品質量穩定;
  • 粉體經過改性後具有分散作用、降黏作用、增填作用、介面力學作用等多種功能;
  • 對塑膠、橡膠、膠黏劑等高分子材料及複合材料表面進行改性,增強其與基質的相容性、分散性和機械強度及綜合效能;
  • 整個系統操作方便,自動化程度高,高效率,低成本。
粒度/產量/型號CUM-P200CUM-P400CUM-P630CUM-P800
D97:5μm300kg/h700kg/h1800kg/h3000kg/h
D97:10μm500kg/h1300kg/h3300kg/h5800kg/h
D97:15μm600kg/h1600kg/h4000kg/h7200kg/h

05

高速攪拌機改性工藝

原理及特點:間歇式批次工作。適於矽烷類等助劑對改性溫度高,反應時間長的物料改性帶有加熱和定時裝置,改性溫度和時間可控。內襯可採用陶瓷材料,零金屬汙染。

優點:

  • 帶有加熱和定時裝置,改性溫度和時間可控;
  • 適用範圍廣,對各種無機礦物粉均可達到理想的活化效果;
  • 透過均勻喂料和和改性劑的定量喂入的協調性來保障物料包覆的充分性;
  • 系統溫度與時間的調控,保證改性反應或包覆的充分性。

連續式改性生產工藝

連續式生產工藝通常在幹法粉體制備工藝處理之後,大批次連續生產各種非金屬礦物活性粉體,特別是用於塑膠、橡膠、膠粘劑等高聚物基複合材料的無機填料和顏料。
連續式表面改性工藝是指連續加料和連續新增表面改性劑的工藝。因此,在連續式粉體表面改性工藝中,除了改性主機裝置外,還有連續給料裝置和給藥(新增表面改性劑)裝置。由於連續式改性工藝採用的生產裝置不同於間歇性改性裝置,可以大批次連續進行改性生產,滿足大型企業的生產需要。

間歇式改性生產工藝

間歇式操作改性時間和溫度可調性大,對不同改性劑和(復)配方的工藝適應性強,很適合中小批次粉體的表面化學改性,如偶聯劑,特別是矽烷偶聯劑改性。操作條件包括轉速、溫度、時間、填充率、改性劑加入方式等。

間歇式表面改性工藝是將計量好的粉體原料和一定量配置好的表面改性劑同時給入表面改性裝置中,在一定溫度下進行一定時間的表面改性處理,然後卸出處理好的物料,再加料進行下一批粉體的表面改性。通常與氣流分級機配合使用,將改性過程中團聚顆粒分離出來,提高產品質量。

複合式改性生產工藝

複合式改性生產工藝是多種裝置結合一體化改性生產的工藝,是在機械力作用或細磨、超細磨過程中新增表面改性劑,在粉體粒度減小的同時對顆粒進行表面化學包覆改性的工藝。該工藝結合連續式改性生產工藝和間歇式改性工藝的特點,具有改性劑塗覆均勻且牢固、可控性好、產品質量穩定等特點,常搭配解聚器或分級機使用。