CN1038435A - 一种轻质高密度高精细粉体制品及其生产方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明与无机材料的物理处理有关。

轻质高精细粉体，尤其白炭黑亲水性无机粉体，在高分散态时易于产生流化颗粒，飞扬污染环境，本发明采用粉体自身具有的或(和)外加具有H-O结构的物质，如水等作为粉体粘结剂，并在常温下把粉体排气压缩(或挤压)为压实聚集态，成为压实制品不会飞扬污染环境，同时提高表观密度，有利包装贮运降低成本。

Description

一、本发明与无机材料的物理处理有关。

二、本发明的技术背景：

通常无机轻质高精细高分散态的粉体，如白炭黑等类的亲水性高精细高分散态的粉体（此后均简称粉体），在其内部颗粒之间存在空气或气体间隙、极易形成流化颗粒。若粉体稍受外界扰动，如碰击或操作搅拌等，即发生微细固体颗粒腾逸，烟尘飞扬，严重污染环境，给人体健康不利影响，给包装和贮运及应用带来很大麻烦。

为了解决上述问题，日本专利昭57-25489对于白炭黑的飞扬污染问题，采取在物料制备过程中加入一定量碱或碱性物质进行干燥造粒的措施。此法能使物料干燥为较大的且又较硬的造粒、流化性较好，可能飞扬的流化颗粒大为减少。缺点是造粒之间，因生产、包装、贮运和应用等，可能流动互相摩擦，引起造粒的部分表皮脱粉，仍能形成一定程度的残余流化颗粒，不能基本上全部免除飞扬污染问题。另外此法所选碱或碱性物质作为物料粘结剂，在粉体内部能产生较强的化学键，因此对物料原有的应用分散性和其它理化性能，在很多应用领城中，带来不利的影响。还有，此法选用的碱或碱性物质在物料干燥过程中，粘结粉体形成较大的造粒，比较高分散态很微细的粉体干燥，必然干燥能耗增加不少。

三、本发明的目的是改进上述技术，克服上述技术的缺点、制取具有抗尘能力，不易产生流化颗粒飞扬污染环境，而又不降低或劣化原粉体的分散性及其他应用理化性能的新的粉体制品。

四、本发明概述：

上述粉体，如湿法生产的白炭黑等，内部含有大量的空气或气体，同时含有5～20%左右的水份（包括表面水和结构水）。用机械常规办法处理，使水份在粉体中分布比较均匀。然后常温下把粉体排气压缩（或挤压）而为压实制品并填实包装于织物（或塑料）柔软袋或容器中。原高分散态粉体则被内含水分粘结为聚集态。

上述粉体经这样处理所得聚集态压实制品，其内部颗粒之间空隙小，残留的空气（或气体）含量相对稀少微乎其微。物料中自含的水份及某些具有H-O的基团，如硅醇基之类，易于在粉体中产生氢键结构，起到特殊的粘结剂作用。加上粉体内部颗粒之间一定程度的排列相嵌产生的内摩擦及范德华力的作用，粉体压实制品具有相对稳定的，比照原粉体而表观密度更大的，不定型的并状或块状或团粒状压实聚集态。因此粉体压实制品本身不存在产生流化颗粒的条件，不会发生颗粒飞扬污染环境问题。

因为压实粉体制品内部的氢键是一种较弱的键，其强度只及离子键或共价键的几十分之一，且粉体制品颗粒之间的内摩擦及范德华力更小，只要在大气中或其它分散介质中对粉体制品进行工业常规机械处理，如橡胶行业中的混炼、涂料和造纸行业及化妆品行业中的研磨或搅拌等就易于断裂该压实粉体制品内部起主要粘结作用的氢键，克服其内部颗粒之间的内摩擦和范德华力，促使粉体制品内部颗粒之间分断联系，在应用中表现原粉体高的分散性和足够的流动性。

当着在大气环境中进行工业应用操作，如进行混炼或研磨或搅拌等的时候，拌随着粉体压实制品逐步被分散为极细的颗粒过程，空气或其它分散介质也就由分散物系外逐渐向分散物系内进钻扩散，粉体制品的压实态解除过程相应存在。因为此过程中，空气或其它分散介质物流方向是从分散物系外指向分散物系内，所以一般不易在应用中产生流化颗粒导至飞扬污染环境。即使手抓捏聚集态的压实粉体制品从2米高扔在地上，也只见制品落地散碎成粉粒之类，不见二次颗粒流化引起飞扬污染环境。此特征，前述日本专利技术不具备。因为氢键是一种可逆性质的键，不论何种机械原因，比如碰撞或粉碎等，把聚结态的粉体压实制品重新变为松泡的高分散粉体颗粒，解除压实粉体制品已经形成的内部氢键结构，只须对粉体再次重新排气压缩（或挤压），又得粉体的压实聚集态。所以这种粉体压实制品具有可逆性和压挤可塑性特征，对于保证制品的抗尘能力很有意义。此特征也是前述日本专利技术所不具备的。

主选含有H-O结构的物质，如水（包括表面水和结构水）等，作为亲水性粉体，如白炭黑等的压实制品粘结剂，是本发明的主要特征。一般经过湿法工艺的亲水性粉体产品，如沉淀白炭黑等，其自身的含水量已能满足要求。而对于另外一些亲水性粉体，如干法或气相法工艺生产的白炭黑等，有很多品种缺乏含H-O结构的物质，此时，可以适量配加一些水分或该产品允许相容的其它易于产生氢键结构的物质入内。具体应用时稍加干燥到合乎使用即可。

粉体压实制品生产工艺流程技术明细：

1、粘结剂处理：

经湿法工艺生产的亲水性粉体，如沉淀白炭黑之类，在干燥工段后，含水控制不低于4%为宜。含水的上限由产品的应用条件决定。通常这类产品的标准含水量已能满足本发明要求。

经干法生产的亲水性粉体，如气相法生产白炭黑之类很多品种，一般很少含或不含H-O结构物质，应通过吸潮或喷雾等适当加水，使含水按H-O重量计，不低于4%粉体重量。也可以按同等量H-O结构，用其它易产生氢键结构的物质代水分作为粘结剂，比如醇类等。但不能影响应用理化性能。不可一概而论。

用机械常规办法处理，如用搅拌或（和）筛粉或（和）粉碎或（和）研磨等处理粉体，使粘结剂在粉体中分布趋于均匀。一般处理15～30秒钟即可。

2、排气压缩（或）挤压：

经过第1工序的粉体，虽然有足够的粘结剂可能产生氢键结构，但是粉体内部颗粒之间空隙大，充满大量的空气或其它的气体，很不利于微观本质上属于短程静电引力的氢键的建立及范德华力的作用与颗粒之间排列相嵌内摩擦的作用，故须在常温下把粉体进行排气压缩（或挤压），使内部含气少，颗粒间空隙小而有利粘结聚集。

具体的工艺方法有两种均可根据条件选用：

第一种：把第一工序引来的粉体封装于透气不漏粉末的系统中，如封装于密实牢靠柔软的织物袋中，或者封装在粉末冶金用压缩粉末成型模具的型腔中（此型腔内壁面最好用紧固件附装有透气的衬垫其材质可以是纤维、金属丝网、织物、毡类等）。这样，用压力机之类施压设备从封装系统外对内存粉体进行压缩（或挤压）使之成为压实态，使粉体内部的空气或气体得以从封装系统中分离出来。如果排气清洁无夹混颗粒引起飞扬污染环境，则可以就地排放。如果封装系统不严，使排气夹混粉体颗粒可能飞扬污染环境，则此排气应引接至生产设备中已有的收尘处理系统

第二种：把第一工序引来的粉体，按工业常规技术（如食品包装技术）方法，常温真空包装后压缩（或挤压），或者进行真空压缩（或挤压）包装。

上述两种排气压缩（或挤压）工艺方法均能达到粉体压实聚集的要求。但是相对而言，第一种比第二种在设备投资方面比较便宜，可靠性也更高。

能产生压缩（或挤压）效果的施压设备品种很多，一般都可应用。但是由于粉体存在某种程度的触变特性，因此采用同时能产生静压和变化动压力的压力机为最适宜。比如采用微振压实造型机、平板振动器等强震压之类机械。注意在施压过程易于引起粉体内部强烈摩擦发热或受力不均匀的压力机械，如螺旋挤压机之类特殊机械，不宜选用。因为这种设备引起局部粉体过热缩合结晶、劣化了粉体的分散性和其它应用理化性能，如吸油值等。

不同品种的粉体及其千差万别的用途，对于粉体制品的压实程度（或强度）的要求是不同的。这可以从调节粉体中粘结剂的含量和压缩（或挤压）粉体的压力来控制。还可以得助于下面工序。

3、采用密封且填实状态对粉体压实制品包装和（或）贮运。

力求粉体压实制品密封包装系统中，尽量不存在明显空隙以致粉体压实制品可以在内因贮运而松动碰撞粹细脱粉。同时尽量减少粉体与大气接触的条件，有利在贮运日久的陈化效应影响下不致使粉体的抗尘能力和应用理化性能有明显的蜕变。优良的上述包装条件是不可忽视的方面。

通常采用的不透气的塑料柔软袋或其它气密容器作包装粉体用。

五、发明的积极效果：

1、按本发明处理的亲水性粉体，如白炭黑之类的压实制品。因内部有粘结剂作用，不易形成流化颗粒，内部少含空气或气体，不易因外界因素引起内部空气或气体骚动造至颗粒飞扬污染环境，从根本上解决了此问题。同时又因所用粘结剂不影响原粉体的应用分散性和其它理化性能。提高了粉体产品的应用价值。

2、生产制造粉体压实制品的工艺技术方法简便易行，对湿法工艺的粉体，基本不用外加粘结剂，对于法工艺的粉体，如粘结剂不足，可以少量外加一些水分或其它含H-O结构的物质，也比较方便。处理成本低廉。

3、粉体压实制品较之高分散态的粉体或者流化态的造粒态粉体（如前述日本专利技术），表现密度提高约一倍以上，占空体积小，包装材料可节省50%以上，包装和贮运能力可提高一倍以上，仅此一项直接的经济效益可观。

六、举例一：取肖山泡花碱厂产TB-101型白炭黑3公斤，含水份（表面水）5.8%，高分散态粉体，由湿法（沉淀法）工艺生产而得。把粉体用电动碾磨搅拌机处理30秒钟，而后装入工业尼龙质滤布织物袋填密封口，再连袋一起把粉体整袋用双柱液压机施压排气压缩，所用压力按单位计算接触面积比压（5公斤/厘米²左右）估计。根据压实需要程度酌情增减压力。最后用塑料袋填实密封粉体压实制品。所有上述操作均在常温或接近常温下进行。

举例二：取更楼化工厂产GHA-101型白炭黑3公斤，含水份（表面水）6%，高分散态粉体，由湿法（沉淀法）工艺生产而得。施压设备选用高频振动器（约48HZ左右），其余参照举例一制成粉体压实制品。

举例三：取上海电化厂所产气相白炭黑，高分散态，因几乎不含H-O结构的物质，所以可以外加5%水分，其余参照举例一制取粉体压实制品。此制品在经贮运而至最后使用时，可以适当干燥满足原粉体的应用要求。

七、名词解释：

1、流化颗粒：本发明指被流体束（如气流束）冲起和混合的分得很细的固体颗粒。

2、粉体：本发明限指轻质的、亲水性的、高精细的，高分散性的无机固体颗粒集合体系。其内部颗粒之间可能存在空隙和气体，颗粒之间不存在强的结合键，如离子键，共价键等。

3、分散物系：通常理解为由物质分散成极小的粒子而分布在另一种物质中所组成的体系。本发明用此术语，意义有所延伸，也包括上述粉体颗粒和其间存在的空气或气体所组成的物系在内。此处的粉体颗粒理解为分散物质，空气或气体也被理解为分散介质。

Claims (6)

1、一种轻质高密度高精细粉体制品，是具有一定程度亲水性和高分散性的无机轻质粉体，系白炭黑等的压实制品，具有不定型的并状或块状或团粒状聚集态。本发明的特征是：

(1)此粉体压实制品特别含有粘结剂，其主要成份是具有H-O结构的物质成份，如水等。

(2)此粉体压实制品聚集态具有可逆性和压挤可塑性的特性。

2、一种轻质高密度高精细粉体，系白炭黑等，具有高分散性和一定的亲水性。此类粉体压实制品的生产方法，本发明的特征是：

（1）主要选择具有H-O结构的物质成份，如水等作为此粉体的粘结剂，其量按H-O重量计，不低于5%粉体重量。这类粘结剂易于产生氢键结构。

（2）上述粉体用搅拌或（和）筛粉或（和）研磨或（和）粉碎等处理，使粘结剂分布趋向均匀。

（3）经上述处理后的粉体再经排气压缩到（或挤压）成并或块或团状的压实聚集态。

3、按照权利要求2所述生产方法，其特征是把粉体装容于透气不漏粉末的系统中进行排气压缩或挤压处理的。

4、按照权利要求2所述生产方法，其特征是排气压缩（或挤压）时，把粉体按工业常规的方法进行真空包装后压缩（或挤压）或者真空压缩（或挤压）。

5、按照权利要求2所述生产方法，其特征是粉体压实制品采用填实包装袋（或容器）的密封包装，其内尽量不留明显的空隙。

6、一种轻质高密度高精细粉状，系白炭黑等的压实制品，其生产设备采用施加静压力和（或）变化动压力的压力机械。本发明的特征是与此压力机械配套施压时，有装容粉体的装置。此装置是透气不漏粉未的织物袋或者是型腔内壁面用紧固件附装上透气的衬垫的压缩（或挤压）模具。此衬垫的材质可以是纤维、金属丝网、织物、毡等。