粉体表面改性设备介绍
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SLG 型连续式粉体表面改性机应用研究
SLG型连续式粉体表面改性机应用研究郑水林1李 杨2骆剑军31.中国矿业大学北京校区，北京 100083；2.北京工业大学；3.江阴市启泰非金属工程有限公司摘 要：在论述粉体表面改性设备应具备的工艺特性的基础上，介绍了新研制开发的SLG型连续式粉体表面改性机的结构、工作原理、性能特点以及在重钙、轻钙、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、煅烧高岭土等无机粉体表面改性中的应用。
工业应用结果表明，SLG型连续式粉体表面改性机对粉体和表面改性剂具有良好的分散性，能使它们充分和机会均等地接触，对粉体，特别是对超细粉体和无机纳米粉体的表面改性或处理效果较好，且能耗低、无粉尘污染、操作简单、运行平稳。
关键词：粉体 表面改性 改性机 超细粉体 纳米粉体在现代有机/无机和无机/无机复合材料中，广泛应用各种无机粉体原(材)料。
这些粉体原料的分散性及与有机基料或其它无机组份的相容性，对复合材料的性能，尤其是力学性能有重要的影响。
而且，随着粉体制备技术向亚微米及纳米尺度推进，解决粉体的团聚问题就成为其应用的关键。
此外，随着对粉体材料功能性要求的提高，粒子表面性能的优化和设计也越来越重要。
因此，现代粉体材料，尤其是超细和纳米粉体材料的表面改性或表面处理技术，已成为重要和必需的粉体深加工技术之一。
粉体的表面改性或表面处理技术，包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。
其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备的优劣就成为粉体表面改性或表面处理的关键。
性能好的表面改性设备应具备以下基本工艺特性：①对粉体及表面改性剂的分散性好；②粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等；③改性温度可调；④单位产品能耗低；⑤无粉尘污染；⑥操作简便、运行平稳。
我国粉体表面改性技术的发展较晚，在2000年之前基本上无专业化的表面改性设备。
除湿法改性之外，干法改性大多采用塑料加工行业的高速加热混合机或其它带导热油加热的混合设备。
由于不是针对粉体表面改性处理，尤其是不是针对超细和纳米粉体表面改性设计的，这些设备难以满足超细粉体表面改性的要求。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅（SiC）是一种具有广泛应用前景的材料，具有高熔点、高硬度、高热导率、化学稳定性好等特点。
碳化硅粉体的制备及改性技术主要包括传统的化学法制备、物理法制备以及碳化硅的表面改性技术。
1.传统的化学法制备碳化硅粉体：
传统化学法包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，共沉淀法是最常用的一种制备方法之一、该方法包括混合硅源和碳源，通过调节pH值和温度来控制反应过程，得到碳化硅粉体。
共沉淀法制备碳化硅粉体具有操作简便、成本较低等优点，但粒径分布较宽，控制难度较大。
2.物理法制备碳化硅粉体：
物理法包括等离子熔融法、化学气相沉积法等。
其中，等离子熔融法是一种常用的物理法制备碳化硅粉体的方法。
该方法通过在高温等离子体中熔融和冷凝制备碳化硅粉体。
等离子熔融法制备的碳化硅粉体晶粒度均匀，纯度高，但设备复杂，成本较高。
3.碳化硅的表面改性技术：
为了提高碳化硅粉体的分散性、抗聚集性，常采用表面改性技术。
常用的表面改性方法包括表面改性剂包覆、离子注入、化学气相沉积等。
其中，表面改性剂包覆法是较常用的改性技术，通过将表面改性剂包裹在碳化硅粉体颗粒表面，减少颗粒间的吸附力和静电作用力，改善颗粒的分散性。
化学气相沉积是一种在碳化硅颗粒表面沉积一层功能性薄膜来改性的方法，可以改善粉体的分散性和抗聚集性。
以上是碳化硅粉体的制备及改性技术的一些常见方法。
随着科学技术的不断进步，制备技术和改性技术也在不断完善和发展，未来有望实现更高效、可控性更强的制备和改性碳化硅粉体方法。
【精品文章】超细粉体的表面包覆改性简述
超细粉体的表面包覆改性简述
超细粉体不仅是一种功能材料，而且为新的功能材料的复合与开发建立了坚实的基础，在国民经济与国防各领域有着重要的作用和意义。
超细粉体粒子较为实用的优异特性主要是表面效应和体积效应，随着颗粒尺寸减小，面积与体积的比例随之增大。
由于超细粒子的比表面积很大，很容易产生团聚现象，所以对粉体表面进行处理，使其处于分散状态，充分发挥其优异特性很有必要。
近年来，粉体表面改性技术一直为人们所关注。
表面包覆改性只是表面改性技术中重要的一种。
粉体的表面包覆是根据需要应用物理或化学方法对颗粒表面进行处理，利用无机物或有机物对颗粒表面进行包覆，在其表面引入一层包覆层，这样包覆改性后的粉体可以看成是由“核层”和“壳层”组成的复合粉体。
通过在粉体表面涂敷一层组分不同的覆盖层，能够改变其光、磁、电、催化、亲水、疏水以及烧结特性，提高其抗腐蚀性、耐久性、使用寿命以及热、机械和化学稳定性等。
图1 表面包覆改性粉体的投射及扫描照片
1.超细粉体表面包覆改性的机理及基本原则
1.1 超细粉体表面包覆改性机理
由无机超细粉体表面包覆形成的新粉末是一种核-壳结构的复合粉末。
包覆机理主要有如下几种观点：
（1）库仑静电引力相互吸引机理。
这种观点认为，包覆剂带有与基体表面相反的电荷，靠库仑引力使包覆剂颗粒吸附到被包覆颗粒表面。
（2）化学键机理。
这种观点认为，通过化学反应使基体和包覆物之间形成牢固的化学键，从而生成均匀致密的包覆层。
包覆层与基体结合牢固，。
粉体加工设备
砂磨机{又称珠磨机 }是一种广泛应用于涂料、化妆品、食品、日化、染料、油墨、 珠磨机 药品、非金属材料、铁氧体、感光材料、造纸等工业领域的高效研磨分散设备。与 其他研磨设备相比较，砂磨机具有生产效率高、连续性强、成本低、产品细度高等 优点。特别适用于粘度大、细度小、易挥发的物料。 研磨体 为渥太华砂、玻璃珠、钢珠或陶瓷小球。。。。。。 原理：分散盘带动研磨介质高速运动而产生摩擦和剪切，使物料得到研磨和分散。 本设备采用机械密封，消除溶剂挥发，减轻环境污染和人体伤害，同时防止空气进 入研磨室，避免了物料的干涸结皮。研磨室采用强制冷却。 特点 1.全封闭作业，保证了车间卫生和无溶剂挥发。 2.湿法研磨使介质磨细速度更迅速更均布。 3.连续操作，减轻工人劳动强度。 4.多边形磨筒，减少了磨介的损耗。 5.不同的磨片形状，针对于不同介质的特点。 6.特殊材料的磨筒和磨片，使介质无金属污染。 7.双水道强力冷却，一样的外形，两倍的效果。 8.动态分离器出料，使出料更畅快 9.配置好的装拆工具为设备的维护提供了方便
设备特点： 设备特点： 1、ELE公司卧式砂磨机：采用德国BORGMANN机械密封， 此机械密封可达到10公斤以上的压力，而研磨体物料的压 力一般小于4公斤，这样有效的避免传统的机械密封泄漏 的问题，解决了目前一些厂家采用氮气缓冲压力的问题， 减少一些不必要设施 。 2、目前行业中大多采用静态出料或相对动态出料方式， ELE公司采用动态梯形栅栏式出料方式，解决了砂磨机出 料慢，容易卡研磨介子的现象 。 3、 ELE公司砂磨机的内筒采用特种材质，硬度可达到 HRC62，并且此特种材质处理后可完全渗透，从而保障了 筒体在磨穿前的硬度不会变弱。而行业中一般采用304不 锈钢或氮化处理，304氮化后氮化层很薄，氮化层很容易 磨掉。 4、ELE公司卧式砂磨机采用内螺纹式冷却方式，保证研磨 体内部热量有效的散失。
设备特点： 设备特点： 1、ELE公司卧式砂磨机：采用德国BORGMANN机械密封， 此机械密封可达到10公斤以上的压力，而研磨体物料的压 力一般小于4公斤，这样有效的避免传统的机械密封泄漏 的问题，解决了目前一些厂家采用氮气缓冲压力的问题， 减少一些不必要设施 。 2、目前行业中大多采用静态出料或相对动态出料方式， ELE公司采用动态梯形栅栏式出料方式，解决了砂磨机出 料慢，容易卡研磨介子的现象 。 3、 ELE公司砂磨机的内筒采用特种材质，硬度可达到 HRC62，并且此特种材质处理后可完全渗透，从而保障了 筒体在磨穿前的硬度不会变弱。而行业中一般采用304不 锈钢或氮化处理，304氮化后氮化层很薄，氮化层很容易 磨掉。 4、ELE公司卧式砂磨机采用内螺纹式冷却方式，保证研磨 体内部热量有效的散失。
粉体等离子活化机的活化作用
粉体等离子活化处理的介绍粉体粉末表面活化设备-粉体改性机的目的：★改善粉体粒子与其他物质之间的相容性。
★改善或改变粉体粒子的分散性★提高附加值，保护环境★赋予新功能：改善耐久性，如耐药、耐光、耐热、耐候性等；着色力，遮盖力，耐侯性，耐热性★控制释放★提高颗粒表面活性；★使颗粒表面产生新的物理、化学和力学性能及新的功能，从而提高粉体的附加值；要解决超细粉体的团聚问题，提高其分散性、流变性，最有效的方法就是对粉体的表面进行改性处理。
等离子体改性技术在改进粉体材料表面处理方面的应用主要有三方面：等离子体处理改进粉体分散性、改进界面结合性能、改进粉体表面性能。
让我们先了解下究竟什么是低温等离子体：等离子体又名电浆，处理是指非聚合性气体的等离子体对粉体颗粒表面的物理的或化学的作用过程。
处理中，等离子体中的自由基、电子等高能态粒子与粉体颗粒的表面作用，通过刻蚀与沉积作用发生降解和交联等反应，在粉体颗粒表面产生极性基团、自由基等活性基团，从而可实现其亲水化等处理。
低温等离子体是在特定条件下使气体部分电离而产生的非凝聚体系，其整个体系呈电中性，有别于固、液、气三态物质，被称作物质存在的第四态。
具体来说低温等离子体主要由以下几部分组成：中性原子或分子、激发态原子或分子、自由基、电子或负离子、正离子以及辐射光子。
粉体表面改性设备产品优势：1.连续运行生产，处理量大，产品稳定。
2.处理后包覆完全，活化指数高。
3.分散效果好，改性产品不团聚，不返粗。
改进粉体分散性：由于粉体的表面效应,导致粉体很容易团聚，通过等离子体处理，可使粉体表面包膜或接枝，而产生粉体间的排斥力，使得粉体间不能接触，从而防止团聚体的产生，提高粉体分散性能。
4.生产效率高，单位能耗低十九年专注材料表面清洗/活化/刻蚀/抛光/涂层/改性，改性能力强，对设备有特殊要求，性价比高，经久耐用的等离子表面处理设备， GDR-PLASMA！。
非金属矿物粉体表面改性技术
与
Ｐ ｏｅ ｔ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒｊｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
非 金属矿 物 粉体 表 面改性 技 术
本 项 技 术 成 果 包 括 干 法 连 续 表 面 改 性 技 术 、 ＳＬＧ 型 该项 技术成果 已于 ２ ０ ０ ７年 ３月 ｌ ３通 过 了 中 国 建 １ ７
连 续 粉 体 表 面 改 性 机 ， 湿 法 表 面 改 性 技 术 ； 煅 烧 高 岭 土 筑 材 料 工 业 协 会 组 织 的 技 术 成 果 鉴 定 （ 材 鉴 字 ［ ０ ７ 建 ２０ 】
改 性 温 度 可 以 根 据 需 要 方 便 调 节 ， 可 达 到 １３０ ～ 铝和超 细 氢氧化 镁、超 细二 氧化硅 （ 白炭黑） 、超 细绢 云母 粉 、 ｌ ４０℃ ； ④ 可 以 在 一 机 上 实 现 二 种 以 上 改 性 剂 的 复 合 改 超 细 硅 藻 土 、 氧 化 铁 红 等 的 湿 法 表 面 改 性 研 究 开 发 ， 部 分 已
性和二 种以上粉体 的复合改 性。 该项技术及 Ｓ ＬＧ连 续 粉 体 表 面 改 性 机 已 有 ｌ ０多 台 ０
在工 业上 得到 了应 用 。 湿法 表面 改性 工艺 适用 于湿 法制 备无 机超 细粉 体工 艺 ，
（ ）应 用 于 超 细 轻 质 碳 酸 钙 、超 细 重 质 碳 酸 钙 、超 细 高 特 别是 １ ｉ 以下无 机超 细和纳 米粉体 ，如超 细和 纳米碳酸 套 Ｔ Ｉ 自度 煅 烧 高 岭 土 、滑 石 粉 等 非 金 属 矿 物 超 细 粉 体 的 表 面 钙 、超 细重质 碳酸 钙、超 细氢 氧化铝 和氢 氧化镁 、超 细二氧
０ ，并 获 ２ ０ ０ ７年 建 筑 材 料 科 学 技 术 进 步 奖 二 等 表 面 改 性 技 术 ， 陶 瓷 颜 料 表 面 改 性 技 术 ，纳 米 粉 体 的 表 第 ０ ３号 ） 面 改 性 技 术 、 硅 灰 石 矿 纤 的表 面 改 性 等 。
Ｐ ｏｅ ｔ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒｊｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
非 金属矿 物 粉体 表 面改性 技 术
本 项 技 术 成 果 包 括 干 法 连 续 表 面 改 性 技 术 、 ＳＬＧ 型 该项 技术成果 已于 ２ ０ ０ ７年 ３月 ｌ ３通 过 了 中 国 建 １ ７
连 续 粉 体 表 面 改 性 机 ， 湿 法 表 面 改 性 技 术 ； 煅 烧 高 岭 土 筑 材 料 工 业 协 会 组 织 的 技 术 成 果 鉴 定 （ 材 鉴 字 ［ ０ ７ 建 ２０ 】
改 性 温 度 可 以 根 据 需 要 方 便 调 节 ， 可 达 到 １３０ ～ 铝和超 细 氢氧化 镁、超 细二 氧化硅 （ 白炭黑） 、超 细绢 云母 粉 、 ｌ ４０℃ ； ④ 可 以 在 一 机 上 实 现 二 种 以 上 改 性 剂 的 复 合 改 超 细 硅 藻 土 、 氧 化 铁 红 等 的 湿 法 表 面 改 性 研 究 开 发 ， 部 分 已
性和二 种以上粉体 的复合改 性。 该项技术及 Ｓ ＬＧ连 续 粉 体 表 面 改 性 机 已 有 ｌ ０多 台 ０
在工 业上 得到 了应 用 。 湿法 表面 改性 工艺 适用 于湿 法制 备无 机超 细粉 体工 艺 ，
（ ）应 用 于 超 细 轻 质 碳 酸 钙 、超 细 重 质 碳 酸 钙 、超 细 高 特 别是 １ ｉ 以下无 机超 细和纳 米粉体 ，如超 细和 纳米碳酸 套 Ｔ Ｉ 自度 煅 烧 高 岭 土 、滑 石 粉 等 非 金 属 矿 物 超 细 粉 体 的 表 面 钙 、超 细重质 碳酸 钙、超 细氢 氧化铝 和氢 氧化镁 、超 细二氧
０ ，并 获 ２ ０ ０ ７年 建 筑 材 料 科 学 技 术 进 步 奖 二 等 表 面 改 性 技 术 ， 陶 瓷 颜 料 表 面 改 性 技 术 ，纳 米 粉 体 的 表 第 ０ ３号 ） 面 改 性 技 术 、 硅 灰 石 矿 纤 的表 面 改 性 等 。
第四讲 纳米粉体表面改性
（2）纳米粉体表面改性的必要性 ）
纳米粉体一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒。 纳米粉体一般是指粒径在100nm以下的粒子或颗粒。由于 一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 原子配位不足及高的表面能， 原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的 活性，极不稳定，很容易“团聚” 失活” 活性，极不稳定，很容易“团聚”及“失活”。 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性，来 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性， 提高纳米粉体的分散性 分散性； 提高纳米粉体的分散性；改善或提高无机纳米粉体与复合材 料中基料或其他物质之间的相容性 相容性； 料中基料或其他物质之间的相容性； 纳米粉体在催化、环保、微电子、 纳米粉体在催化、环保、微电子、生物医药及化工等领域 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此， 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此，有选择 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能 新的物理化学性能及新的功能也 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能也 要通过表面改性或表面处理来实现。 要通过表面改性或表面处理来实现。
1.表面活性剂改性 表面活性剂改性
无机纳米粉体颗粒经表面活性剂改性或处理后可阻止或 减轻硬团聚体的形成 提高其分散性。 的形成， 减轻硬团聚体的形成，提高其分散性。表面活性剂还能改善 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性 相容性。 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性。 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 行或干-湿结合 湿结合。 行或干 湿结合。 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶 凝胶法等 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等 湿法化学合成 工艺制备纳米粉体， 工艺制备纳米粉体，在湿法生成纳米粉体过程中或生成后立 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成， 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成，还有助 于遏止粒子“长大”。纳米粉体的表面改性最好在湿法制备 于遏止粒子“长大” 过程中就开始进行。 过程中就开始进行。 进行干法改性。 表面活性剂也可以用于对纳米无机粉体 进行干法改性。 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 性剂分散， 性剂分散，使表面活性剂能够均匀地吸附包覆于纳米颗粒表 面。 ：
粉体表面改性技术
粉体表面改性方法
涂敷改性（冷法、热法） 石英砂涂敷树脂，提高铸造时粘结性 表面化学改性（主要方法） 颗粒表面性质、改性剂种类、用量用法 及工艺设备与操作条件 沉淀反应改性（钛白、云母） 机械化学改性 高能改性、酸碱处理等
粉体表面改性设备
高速混合（捏和）机 HYB高速气流冲击式粉体表面处理机 （东京理科大学、奈良机械制作所） 球磨机、砂磨机 液相表面处理 喷雾表面处理
超分散剂的吸附形态
超分散剂在强极性 表面的单点化学吸附
超分散剂在弱极性 表面的多点氢键吸附
超分散剂通过表面增 效剂在非极性表面吸附
超分散剂作用机理示意图
锚固基团
颗粒
颗粒
溶剂化链
超分散剂的吸附性能
Rehacek方法
Xap
MaCa
Xap Mo(Co Ce) X MoCo ( Mo X Xsolv)Ce Ma X Xsolv Ca X / Ma Xap Ma (Ca Ce) Ma / ( s )
CH－5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30－40％ 在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质 由于CH－5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能
热固型/单张纸型研磨基料配方
RUBINE / Ca 4B TONER 36 PHTHALOCYANINE BLUE DIARYLIDE YELLOW CARBON BLACK GRINDING VEHICLE 48 ALKYD RESIN 8 CH-5 HYPERDISPERSANT CH-11B HYPERDISPERSANT CH-22 HYPERDISPERSANT ANTIOXIDANT 2 ALIPHATIC DISTILLATE 6 50 36 50 28 26 8 4 52 9 33 9 3.75 1.25 3 65 5 40 49 5 3 1 2 40 53 5 50 33 5 4
粉体表面改性处理介绍
2)有机酸及其盐类改性剂
❖高级脂肪酸及其盐 结构通式：RCOOH 为阴离子表面活性剂，其结构和聚合物分子结
构相似，与聚合物基料有一定的相容性。分子一 端为羧基，可与无机填料或颜料表面发生物理、 化学吸附作用，另一端为长链烷基（C16-C18）
作用： 用高级脂肪酸及其盐(如硬脂酸)处理无机填料
或颜料，有一定的表面处理效果 可改善无机填料或颜料与高聚物基料的亲和性， 提高其在高聚物基料中的分散度。 本身具有润滑作用，可使复合体系内摩擦力减
（1）干法改性 干法改性是指颗粒在干态下在表面改性设备中首先进
行分散，然后通过喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一 定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面，形成一层改性剂 包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性 方法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性 后可直接得到产品，易于连续化、自动化等优点，但是在 改性过程中对颗粒难以做到处理均一、颗粒表面改性层可 控等目的。
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概述
1)定义
粉体表面改性
表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、 化学 等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改 善粉体表面的物理化学性质或物理技术性能，如表面晶体 结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和 反应特性等等，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展 的需要。
亲水基的性质
硅烷偶联剂亲水基也称水解性基团，遇水可分解成 活性硅醇(≡Si-OH)，通过硅醇和无机矿物表面反应， 形成化学结合或吸附于矿物表面 X为—OCH3和—OC2H5，水解速度缓慢，产物
醇为中性物质，用水介质进行表面改性。 X为—OC2H4OCH3基团，不仅保留水解性，还
能提高水溶性、亲水性，应用更为方便
《粉体材料表面改性》课程教学大纲
《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。
本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。
通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。
为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。
2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。
3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。
了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。
具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。
（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。
根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。
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粉体表面改性设备中国粉体表面改性设备种类很多，例如高速混合机、捏合机、密炼机、开炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，但这些设备大多从化工机械借用过来。
存在许多严重问题，针对这些问题，近年来有了许多改进和进展，本文重点介绍引进国外机型和对高冷搅机组进行的改进。
现状粉体表面改性设备，主要担负三项职责，一是混合，二是分散，三是表面改性剂在设备中熔化和均匀分散到物料表面，并产生良好的结合。
由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备，而这些设备又多为借用，因而并不能很好地完成改性任务。
主要使用的改性设备为：•。
重力混合器•。
气动混合器•。
转鼓式混合机•。
v型混合机•。
Z型混合机•。
高速混合机及高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组)•。
开炼机•。
密炼机•。
混炼型单螺杆挤出机，布斯混炼机•。
双螺杆挤出机以及静态混合器，空腔混合器，和拉伸混合器等。
这些设备存在的主要问题是：①多数是间歇式的，连续式设备如单、双螺杆挤出机大都是直线运动式，混合效果差。
存在产量低，能耗大，工人劳动强度高，易造成环境污染等问题。
②升温慢，改性时间长，相反改性剂用量大，改性效果差。
③比较而言，高冷搅机组价格低、耐用、易操作、改性效果好。
④与国外设备相比，差距明显，主要表现在连续性和改性效果方面。
可以说，中国的粉体表面改性设备的落后，严重制约表面改性深加工技术的发展。
已经到了非改不可的地步。
从90年代开始，一些科技人员就着手对改性设备进行改革、到2002年已经取得阶段性成果。
这些阶段成果包含两个方面：①引进国外连续改性机型②对高冷搅机组进行改革引进国外机型引进、吸收、消化国外先进设备，是现阶段我们的主要手段之一。
改性设备也不例外，现在由大专院校、科研单位与生产企业共同引进开发的改性设备已经问世，且价格大大低于直接购买的国外同类设备。
1、PS系列粉体表面改性机由原武汉工业大学北京研究生部非矿所和青岛青矿矿山设备有限公司共同开发研制成功的PSC系列粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，它具有设计先进，科学，能连续生产，产量高，能耗低，自动化程度高，工人劳动强度低，无粉尘污染，且表面改性剂用量少，包覆率高等特点。
①PSC表面改性性能结构特征：本机由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。
②工作原理：粉体原料经给料输送系统被送至主机上方的雾化室，在输送过程中，由给料输送机特设的加热装置将粉体加热并干燥，与此同时固体状的改性剂在专用加热容器内也被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室。
雾化室内设有两组喷嘴，并均通人由给风系统送来之热压力气流，其中一组有四只喷嘴按不同位置分布于雾化室内壁，其作用是将由给料输送系统送来的粉体物料吹散呈雾状，另一组有一只喷嘴同时与改性剂输送管道相通，将液状改性剂也吹散呈雾状。
此时，原料和改性剂形成雾状，由于受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用，得以充分的混合，随即进人主机。
主机由高速旋转的主轴、搅拌棒、冲击锤、中间充满循环导热油的夹层简体等部分组成。
进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下，受到了冲击、摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更充分接触、混合。
主机夹层内循环流动的高温导热油使机内始终保持着稳定的工作温度，此时粉体物料即得到了充分的包覆改性。
主机出口处高速旋转运动的冲击锤将包覆改性的物料进一步冲击、粉碎，有效地预防了物料可能形成的结团现象。
改性后的物料经螺旋输送机再由气流输送管道送至成品收集仓。
在气流输送过程中，利用输送气流将物料中过高的热量吸收，并经布袋除尘器除尘后排出室外，成品进人收集仓后即可降至可存储的温度。
PSC系列粉体表面改性与通用改性设备性能比较：工程PSC-400粉体改性机通用设备（高速混合机）300型电动功率（KW）2240-55产量（kg/h)1000-1500500改性剂用量（%）0.8-12-3包覆率（%）95-9985生产方式连续间歇劳动强度低高改性效果包覆率高并无包覆现象，颗粒不增大颗粒易产生粘连、部分颗粒过包覆，颗粒体积增大成品降温不需冷却设备需配备冷却设备环境污染无污染污染较大③优点：a)粉体原料在包覆改性之前进行预加热，同时使原料充分干燥，有利于与改性剂的充分结合。
b)将粉体原料及改性剂均进行雾化处理。
粉体表面改性效果的好坏，主要决定于物料的运动状态(或机械对物料的作用方式)、处理温度、处理时间(即物料在机内停留的时间)等。
其中处理时间在一般的通风设备上需15-30分钟，其目的是为了保证物料与改性剂得到良好的分散和充分接触。
以利改性剂在粉体颗粒表面的均匀包覆。
而本机采用了雾化处理后，使物料与改性剂在改性之前即充分混合，从而缩短了在改性仓中的处理时间并提高包覆率。
用PSC-400粉体表面改性机对多种矿物粉体原料进行了改性包覆实验，下表为其中两种物料实验结果。
实验对象粒度改性剂包覆率生产(kg/h)重质碳酸钙400目硬脂酸99%1000锻烧高岭土1250目铝酸酸偶联剂95%800注：包覆率系采用“活化指数”测定法测定。
通过实验证明，PSC粉体表面改性机各项技术性能指标均达到设计要求，且造价仅为30 万元／台，大大低于国外同类产品价格。
图1 粉体表面改性机系列工艺流程示意图2、复合式粉体连续改性系统图2 复合式粉体连续改性系统示意图该系统是由清华大学材料系粉体工程研究室引进日本技术，由张家港市轻工机械厂生产的新型表面改性设备。
①复合式粉体连续改性系统是由下列机器设备组成：传动上料机、料仓、螺旋混合输送给料器、高精度电子喂料器、卧式改性机、螺旋混合输送器、三转子改性机、旋风分离器、脉冲除尘器、风机、导热油专热器、电气控制系统等组成。
表6 主要技术参数参数单位卧式改性机三转子改性机电动动率Kw3755.5主轴转速R/min10004500改性筒容积L200工作温度℃90-150℃生产方式连续生产能力Kg/h500-1000加热方式导热油加热外形尺寸mm12000×7000×3000②其主要特点：•。
系连续运行的先进设备，优于间歇式生产。
•。
粉体经过预改性，预热和预混合等前处理工序，保证了混合改性的均匀性，节约了药剂。
•。
三转子改性机，在高速运动中实现瞬时改性，转速达4500转／分，为系统核心装备•。
采用导热油加热，可避免自摩擦升温慢和电能的浪费。
•。
系统负压运行，密封性好，无粉尘污染。
③设备选型：该系统适合3000-5000吨／年产量的改性企业，系统设备价格40万元人民币。
3、SLG型三筒连续粉体表面改性机由原武汉工业大学北京研究生院非矿室和江阳市启泰非金属工程公司共同引进瑞典AGMW公司三筒高速强烈混合表面改性机(HSTP-3／1000)，定名为SGL型三筒连续粉体表面改性机。
其外形结构见图3。
图3 HSTP-3/1000型表面改性机1、给料口；2a、第1混合室；2b 、第2混合室；2c、第3混合室；3、出料口；4、电机工作原理：将待改性物料(如碳酸钙)及表面改性剂(如脂肪酸)从人料口给人后，依次经过三个强烈混合室后从排料口排出。
这种改性机依靠转子叶片和定子与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用产生表面改性所需的温度。
转子的高速旋转强制松散并形成涡流二相流，使表面改性剂能迅速与颗粒表面作用，所以包覆效果好。
该改性机连续生产，自动加药，操作简单，处理能力大。
特别适合用硬脂酸类，各种偶联剂等对碳酸钙、滑石、云母、高岭土、石英、硅灰石、硅线石等非金属矿物填料进行连续表面改性处理。
高速混合机和冷却混合机组的改进对于中国企业习惯使用的高速混合机和冷却混合机组(简称高冷搅机组)进行改革，使之适应粉体表面改性的需要，也是大家关注的一项工作。
目前改革的思路集中在以下几点：a、加大功率，提高转速，实现强烈混合。
对比国外(加拿大)强烈混合机，把500L高速混合机的电机功率从75KW加大到110KW，把转速提高到1000转／分，就能大大加强剪切力，达到强烈混合改性的目的。
b、提高物流现代化。
把工人一袋袋的投料、出料改为管道输送，并把改性剂的加入改为人工计量后自动投料，并采用PCL可编程序控制系统，实现半自动化。
c、改进混合搅拌设备。
如改进桨叶材质，采用渗碳处理或表面堆焊硬质合金，锅体内壁采用渗碳处理，提高耐磨性和使用寿命。
改进桨叶外形，呈流线性，减少运动阻尼，在超细粉体改性机中甚至采用三层桨叶设计。
d、主轴采用气密封，彻底解决压力过大和主轴漏粉问题。
针对上述思路，已生产出两种改革机型：1、半自动化强烈混合改性机组由四川大学黄锐教授设计，由江苏张家港市轻工机械厂生产BMD—1000微粉改性生产线工艺流程见图4。
①最大特点BMD—1100重钙微粉改性生产线工艺流程图是利用电子称全自动计量，使高速混合机的加料实现了远距离自动操作，大大降低了人工劳动强度和人工计量不准的偏差，同时设备间采用密封的管道联结，防止粉尘污染。
②主要工作原理当碳酸钙原矿经过破碎，细磨，分级后，物料由旋转阀送入贮料仓中，贮料仓下面的三通阀可使物料根据同同要求分流到相应地点。
图4 BMD-1100重钙微粉改性生产线工艺流程图a、若产品不改性，则由螺旋送料器送到包装机进行包装。
b、若产品需改性，则由螺旋送料器输送到电子称进行自动计量。
若高搅是500L，冷搅是1060L，则每小时机组可混料1吨。
若高搅为1000L，冷搅为3500L ，则每小时混料可达1．5—1．8吨。
在混合机加料过程中，CaC03由电称自动计量，改性助剂采用人工称重，以自动投料的方式进行。
助剂由人工事先称量好，然后放入12单元的顺序投料器中由操作人员在控制室通过手动按钮来控制投料。
当称重仪表显示重量达到设定值的90％时，螺旋加料器自动转换为低速加料，达到设定值后自动停止加料。
当下面活化机组允许向其投料时，电子称下面的气动插板阀自动打开，同时电子称斗上的搅拌电机也开始运转，斗壁上的仓壁振动器延时启动，以保证物料全部放完。
电子称为零后，气动插板阀自动关闭，电子称进行下一循环的计量过程。
电控系统采用PLC可编程控制器，可自动完成生产中每一部分的运行。
所有工作状态均可通过控制室模拟屏显示，并可提供故障报警。
此外，还设有专门密封除尘系统和防架桥装置，确保车间无粉尘污染。
主轴采用气密性，防止压力过大和主轴漏粉。
2、超细粉体高冷搅机组改性机由青岛远东塑料工程公司设计制造的超细粉体新型高冷搅机组改性机，已经生产出2L+6 L实验室机组，并申请了国家专利。