Поверхностная модификация является ключевым методом превращения минеральных наполнителей из обычных инкрементальных наполнителей в функциональные. Основная ее цель — оптимизация поверхностных свойств, решение проблем применения, а также достижение эффектов, таких как диспергирование, снижение вязкости, увеличение наполнения и усиление интерфейсной механики. Распространенные методы модификации включают химическую модификацию, покрывающую модификацию и механохимическую модификацию.
Основные функции поверхностной модификации карбоната кальция
Повышение совместимости и адаптивности
Модификация поверхности улучшает сродство карбоната кальция к органическим материалам, таким как резина и пластик, способствуя лучшей интеграции. Например, после обработки титанатными связующими агентами его совместимость с молекулами полимеров значительно улучшается, что может значительно улучшить механические свойства термопластичных композитов, включая ударную вязкость, прочность на растяжение, прочность на изгиб и относительное удлинение при разрыве.
Улучшить однородность дисперсии
Чем мельче частицы карбоната кальция, тем выше его качество. Однако мелкие частицы обладают высокой поверхностной энергией и склонны к адсорбции и агломерации. После модификации поверхности модификаторы адсорбируются на поверхности частиц и придают им зарядовые характеристики, уменьшая агломерацию и обеспечивая равномерное распределение карбоната кальция в матрице, тем самым стабилизируя эксплуатационные характеристики продукта.
Уменьшить потери при впитывании масла
Модифицированный карбонат кальция демонстрирует более равномерную дисперсию с уменьшенными зазорами между частицами и внутри них. При этом модифицированные молекулы покрывают поверхность, ослабляя полярность и уменьшая трение между частицами, что приводит к более плотной упаковке частиц. Это эффективно снижает показатель маслоемкости и расход матричных материалов в приложениях.
Расширение областей применения высокотехнологичных решений
Благодаря хорошему сродству к маслу и низкой маслоемкости модифицированный карбонат кальция может широко использоваться в таких высокотехнологичных отраслях, как производство пластмасс, покрытий, резины, бумаги, герметиков и воздухопроницаемых пленок. Он не только улучшает качество конечной продукции, но и помогает предприятиям, перерабатывающим продукцию, снизить затраты, преодолевая ограничения, связанные с применением обычного карбоната кальция.
Увеличение добавленной стоимости продукта
Рынок обычного карбоната кальция страдает от переизбытка мощностей и жесткой конкуренции по низким ценам. Поверхностно-модифицированный карбонат кальция значительно повышает удобство использования и пользовательский опыт, что приводит к повышению цен на продукцию и увеличению добавленной стоимости. Это помогает предприятиям вырваться из конкурентной борьбы по низким ценам и увеличить рентабельность.
Обеспечить диверсифицированные функции
Поверхностная модификация позволяет карбонату кальция приобретать новые функции: покрытие кремнием может частично заменить пирогенный кремнезем; покрытие металлами улучшает специальные свойства резиновых изделий; покрытие диоксидом титана может заменить часть диоксида титана; обработка фосфатами или другими веществами может привести к получению кислотостойкого карбоната кальция, что расширяет границы его применения.
Основные условия процесса модификации поверхности
Процесс и оборудование для модификации поверхности должны быть гибко адаптированы к цели модификации, методу и типу модификатора. Основной принцип — достижение максимальной скорости нанесения покрытия и оптимального эффекта модификации при минимальном расходе материалов покрытия и минимальных затратах.
Проектирование процесса должно отвечать трём основным требованиям: адаптация к особенностям нанесения модификатора для обеспечения его равномерного распределения; обеспечение равномерного и прочного покрытия модификатора на поверхности порошка; обеспечение контролируемых параметров процесса и стабильного качества продукции.
01
Модификатор необходимо предварительно обработать путем разбавления, эмульгирования, распыления или другими методами для улучшения его собственной дисперсности, закладывая основу для последующего покрытия.
02
Отдайте приоритет режиму непрерывного распыления или капельного нанесения, связанному с непрерывной подачей порошка, чтобы обеспечить синхронизацию и адаптацию между добавлением модификатора и транспортировкой материала.
03
Точно регулируйте температуру системы и время реакции для соответствия механизму модификации и требованиям модификатора к условиям процесса, обеспечивая полный ход реакции модификации или процесса нанесения покрытия.
04
Точно отмеряйте модификатор и материалы по отдельности, чтобы добиться равномерного добавления и подачи, гарантируя мгновенную точность их дозировочного соотношения.
05
Обращайте внимание на вспомогательные вспомогательные объекты и факторы окружающей среды: рационально используйте вспомогательное оборудование, такое как диспергаторы и классификаторы, а также контролируйте внешние условия, включая температуру и влажность окружающей среды.
06
Обращайте внимание на вспомогательные вспомогательные объекты и факторы окружающей среды: рационально используйте вспомогательное оборудование, такое как диспергаторы и классификаторы, а также контролируйте внешние условия, включая температуру и влажность окружающей среды.
Три основных процесса производства модификаций
Производственный процесс непрерывной модификации
Процесс непрерывной модификации, как правило, реализуется после процесса приготовления сухого порошка и ориентирован на крупномасштабное непрерывное производство неметаллических минеральных активных порошков. Такие порошки широко используются в качестве неорганических наполнителей или пигментов в полимерных композитах, таких как пластики, резина и клеи.
Основой этого процесса является непрерывная подача порошка и непрерывное добавление модификатора. Поэтому, помимо основного оборудования для модификации, необходимо использовать устройства непрерывной подачи и устройства точного добавления модификатора. Оборудование для этой технологии существенно отличается от оборудования периодического действия, которое может удовлетворить потребности крупных предприятий в крупномасштабном производстве и адаптироваться к условиям высокой производительности.
Процесс производства серийной модификации
Процесс производства с применением модификации партии имеет широкий диапазон регулировки времени и температуры, а также высокую адаптивность к различным типам модификаторов и составов композитов. Он особенно подходит для поверхностной химической модификации порошков малых и средних партий, например, для модификации связующими агентами (с акцентом на силановые связующие агенты).
В ходе технологического процесса необходимо контролировать ключевые параметры, такие как скорость вращения, температура, время обработки, скорость заполнения материалом и способ добавления модификатора. Конкретный процесс заключается в следующем: загружают отмеренное порошковое сырье и подготовленный модификатор в оборудование для модификации, проводят модификацию в течение заданного времени при заданной температуре, выгружают готовый продукт и затем снова подают его для начала модификации следующей партии порошка. Обычно он используется совместно с воздушным сепаратором для разделения агломерированных частиц, образующихся в процессе модификации, и повышения однородности продукта.
Процесс производства композитной модификации
Процесс производства композитных материалов, модифицированных по технологии модификации, представляет собой интегрированную схему модификации с использованием множества видов оборудования. Суть заключается в синхронном добавлении модификаторов поверхности в процессе механического воздействия или тонкого и ультратонкого измельчения. При уменьшении размера частиц порошка происходит химическая модификация поверхности частиц.
Этот процесс сочетает в себе преимущества непрерывного и периодического процессов, обеспечивая равномерную и прочную адгезию модификаторов, высокую управляемость процесса и стабильное качество продукта. На практике он часто сочетается с деполимеризатором или классификатором для дальнейшей оптимизации дисперсности продукта и распределения размеров частиц.
Процесс модификации циклонной мельницы
I. Основные принципы и конструктивные особенности
В процессе модификации циклонной мельницы используются двухслойные роторы и неподвижные измельчающие кольца в качестве основных рабочих элементов, в сочетании с дугообразными направляющими устройствами для материала и сменными футеровками, а также градуированными импеллерами и структурами полостей, согласованно адаптированными к ним. В процессе работы линейная скорость ротора может достигать 72 м/с. После попадания в измельчающую полость материал приобретает кинетическую энергию, передаваемую высокоскоростным вращающимся ротором, и образует поток, направляемый направляющим устройством. Он последовательно подвергается ударам между ротором и измельчающим кольцом, сдвигу от лезвий молотков и трению между частицами, завершая модификацию поверхностного покрытия, одновременно дробясь и измельчаясь. Порошки, соответствующие требованиям, быстро отделяются благодаря градуированному импеллеру.
II. Выдающиеся преимущества
Процесс модификации турбомельницы
I. Основные принципы и конструктивные особенности
При работе оборудования на высокой скорости оно создает мощный воздушный поток, который удерживает агломерированные частицы порошка в специально канавчатом статоре внутри оборудования. Совместное действие давления ветра и скорости воздушного потока образует мощный вихрь, который, в свою очередь, создает постоянное сдвиговое усилие, силу трения и центробежную силу. Эти силы позволяют быстро раздробить и диссоциировать агломерированные частицы на монодисперсные частицы исходного размера или естественной кристаллической формы, одновременно завершая процесс модификации.
II. Основные преимущества
- Комплексная функция, высокая эффективность и энергосбережение: объединение функций сушки и измельчения устраняет необходимость в дополнительном вспомогательном оборудовании. Отличается высокой эффективностью работы и значительно снижает эксплуатационные расходы.
- Устойчивая к высоким температурам конструкция с широкими возможностями адаптации: выдерживает подачу материала при температуре до 400 °C. Подшипники оснащены профессиональной теплоизоляцией, предотвращающей влияние высоких температур на работу оборудования.
- Гибкие аксессуары с высокой степенью адаптации: измельчающие блоки и измельчающие вкладыши легко демонтируются и заменяются. Материалы измельчающих аксессуаров могут быть выбраны в соответствии с различными характеристиками материала, что позволяет адаптировать их к различным потребностям в модификации.
- Классифицированное измельчение для обеспечения качества: доступно опциональное встроенное колесо-сепаратор. Крупнозернистый материал может быть переработан и измельчен в мельнице для обеспечения однородного размера частиц продукта.
- Подключение горячего воздуха со значительной экономией энергии: может быть подключено к внешнему источнику горячего воздуха, что позволяет одновременно выполнять функции сушки и диспергирования в процессе дробления и диспергирования. Благодаря высокоскоростному ротору материалы полностью контактируют с горячим воздухом, обеспечивая большую площадь теплообмена и эффективное удаление влаги. Значительно повышается эффективность использования тепла, что позволяет экономить на 30–50% больше энергии по сравнению с традиционными методами сушки.
Процесс модификации трехвалковой мельницы
I. Основные принципы и конструктивные особенности
Процесс модификации в трёхвалковой мельнице основан на относительном движении трёх валков для изменения режимов действия воздушных потоков и вихрей внутри оборудования, что обеспечивает модификацию поверхностного покрытия частиц порошка. Этот процесс не требует дополнительных нагревательных устройств, что обеспечивает низкие инвестиционные затраты на оборудование и контролируемые последующие эксплуатационные расходы.
II. Основные преимущества
- Отработанный процесс и хорошая экономичность: технология отработана и требует низких инвестиционных затрат на оборудование, что делает её особенно подходящей для модификации покрытий с использованием модификаторов на основе стеариновой кислоты.
- Высокая эффективность нагрева за счёт самотрения: тепло генерируется за счёт трения между валками и материалами, а также между самими материалами. Дополнительное нагревательное оборудование не требуется, а количество вспомогательных устройств невелико, что упрощает технологический процесс.
- Широкий диапазон адаптации размера частиц: подходит для модификации поверхности порошков с размером частиц от 325 до 1250 меш, демонстрируя высокую эффективность.
III. Ограничения
Процесс модификации штифтовой мельницы
I. Основной принцип
Два ротора вращаются с относительно высокой скоростью (линейной скоростью более 200 м/с). Материалы полностью диспергируются за счёт удара, сдвига и трения; при этом выделяемое при трении тепло удовлетворяет требованиям к порошковому покрытию.
II. Основные преимущества
Процесс модификации машины механической плавки
I. Основной принцип и характеристики
Использует периодический режим работы, подходящий для сценариев модификации модификаторами (например, на основе силана), требующих высокой температуры и длительного времени реакции. Оборудование оснащено встроенными нагревательными и таймерными устройствами, позволяющими точно контролировать температуру и время модификации; внутренний слой может быть изготовлен из керамических материалов для обеспечения нулевого загрязнения металлами. Под действием механического усилия материалы полностью перемешиваются и сплавляются, что усиливает эффект модификации.
II. Основные преимущества
- Контролируемая температура и время: благодаря функциям нагрева и таймера, температура и время модификации могут быть точно отрегулированы в соответствии с требованиями реакции различных материалов.
- Широкая применимость: Механическое сплавление позволяет добиться идеального эффекта активации и модификации различных неорганических минеральных порошков.
- Достаточное покрытие: благодаря координации равномерной подачи материала и количественной подаче модификаторов в сочетании с сильным перемешивающим эффектом механического сплавления, обеспечивается достаточное покрытие материалов.
- Полная реакция: Благодаря регулированию температуры и времени системой и использованию механического усилия обеспечивается полное протекание реакции модификации или процесса нанесения покрытия.
