CN109967019A - 一种颗粒干法连续表面改性反应器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种颗粒干法连续表面改性反应器，其包括筒体，筒体的左右两端设置有雾化器，筒体上下两端分别设有在一条直线上的进料口和出料口，筒体内设有第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮在咬合反应区内相咬合；咬合反应区与进料口和出料口直接相连；雾化室与第一齿轮和第二齿轮直接相连，都处于筒体内；筒体的内部直接相连有弧形加热装置，所述弧形加热装置的内壁直接与齿轮和齿轮相接触，齿轮和内壁之间呈密封状态。与传统表面改性反应器相比，本发明对表面改性剂的利用率高，改性效果好，操作简单，易于大规模连续化生产。

Description

一种颗粒干法连续表面改性反应器

技术领域

本发明涉及一种颗粒表面改性反应器，特别是一种颗粒干法连续表面改性反应器。

背景技术

颗粒表面改性技术在橡胶、涂料、造纸、油墨和塑料中有着广泛的运用，由于无机颗粒表面具有亲水疏油性，易团聚，与有机相的相容性差等缺点，因此使其与有机物结合的性能下降。为了改善其在有机物基底中的分散性，提高无机颗粒与有机物基底的亲和性，通常使用偶联剂、表面活性剂和不饱和有机酸等对颗粒进行表面改性，改变其表面的化学结构，以使颗粒在有机物基底中的分散性增强，从而使材料的性能提高。为了获取更好的改性效果，研究人员在尝试不同的改性工艺对颗粒进行表面改性，目前主要使用的表面改性方法主要有表面有机包覆、沉淀反应包覆和机械力化学等方法。

表面包覆改性是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法，干法表面改性因为其操作简单，成本低，可使用的改性剂种类多等特点而被广泛采用。干法表面改性所使用的改性剂用量较少，所以物料的循环以及改性剂分布的均匀性对于干法表面改性有着重要影响，改性剂在颗粒表面包覆程度的好坏与改性效果有直接关系。表面化学包覆改性对物料的循环性有较高要求，另外改性剂分散的均匀性也对改性效果有直接影响，如果物料循环不好或是改性剂分散不均匀，会导致颗粒的改性效果变差。

目前干法表面改性方法有高速搅拌、高速冲击式表面改性等，然而这些方法中并没有实现真正意义上的连续改性，而且所需设备结构复杂、价格昂贵、导致生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种连续式、改性效率高、操作方便的颗粒干法表面改性反应器。利用齿轮间的咬合力实现颗粒表面的化学包覆，提高表面改性的效果。

本发明的具体技术方案如下：

本发明针对改性反应器内物料与表面改性剂的充分反应，提出了以下方案：

物料设置合适的进料速度，从进料口进入后，雾化室内雾化的表面活性剂经过齿轮的旋转和物料相混合，同时控制齿轮以合适的转速与物料的进料速度及表面活性剂雾化速率相匹配。

雾化室内雾化状态的表面活性剂与齿轮表面相接触，实现表面活性剂均匀的分布，雾化状态的表面改性剂由齿轮的传动与物料结合，表面包覆改性剂的物料再进入两个齿轮的咬合反应区，表面活性剂包覆的物料在咬合反应区被齿轮挤压实现改性，然后再从出料口出去。

弧形加热装置与两个齿轮直接接触，将热量传递到齿轮。

本发明的目的是这样实现的：

本发明所说的反应器包括：雾化室、咬合反应区和弧形加热装置

所述的雾化室是一个表面活性剂雾化与齿轮表面接触的区域，通过齿轮的转动实现表面活性剂的移动，随之物料与表面活性剂接触。两个雾化室内各有一个雾化器，雾化室内壁涂有防粘层。

弧形加热装置一共分为四个部分组成，与物料相接触的一面有防粘层。

筒体内部两齿轮大小完全一致且相咬合，一个齿轮顺时针旋转，另一个齿轮逆时针旋转。

所述齿轮的半径约为齿高的2-5倍。

所述齿轮的齿数为10-20个。

所述的弧形加热装置，加热温度一般在室温—300℃

所述齿轮转速为10-400r/min。

所述雾化室的体积为200-300ml。

所述咬合反应区的齿轮和齿轮之间紧密咬合，对通过的物料有一定的挤压作用。

所述的防粘层为聚四氟乙烯材质。

所述雾化器为压力式雾化器、二流体雾化器或超声雾化器。

与其他技术相比，本发明具有的优点在于：

本发明所述的颗粒干法连续表面改性反应器，通过将表面化学包覆与机械力相结合的方法，来提高改性的效果，弧形加热装置产生的热量会对物料和表面活性剂进行加热，促进反应的进行。

控制齿轮的旋转速度，并结合雾化器，使得筒体内的物料能与雾化器所雾化的表面活性剂充分结合，雾化器喷洒的表面改性剂，能够均匀的附着在齿轮的表面，所以本发明提供的方法操作简单，便于控制，改性的效果好。

进一步的，齿轮和齿轮之间紧密咬合，齿轮之间的咬合力会使颗粒的结构发生改变，加上物料表面包覆有喷洒的物料，经过齿轮的挤压更使颗粒的改性效果变好。

本发明中的筒体内，雾化室和弧形加热装置都有聚四氟乙烯的防粘层，不容易让物料粘在内壁上，能使物料更加均匀的混合。

附图说明

图1颗粒干法连续表面改性反应器结构。

图中：1为筒体、2为齿轮、3为齿轮、4为雾化反应区、5为雾化器、6为咬合反应区、7为进料口、8为出料口、9为弧形加热装置。

具体实施方式

下面结合图示对本发明的结构和工作原理进行进一步的详细说明。

如图，本发明包括筒体1，筒体1为强度高的不锈钢材质，对整个反应器起到结构支撑作用，筒体内有弧形加热装置9，加热温度在室温—300℃，加热是为了促进改性的进行，加热装置的内壁有防粘层，是为了防止物料或改性剂粘在内壁。反应器两侧各有一个雾化室4，雾化室的体积为200-300ml，雾化器5 雾化后的表面改性剂呈雾状在其中，雾状的表面改性剂被旋转的齿轮2和齿轮3 带到进料口7，实现了表面改性剂与物料的结合，齿轮2和齿轮3的转速为 10-400r/min，所述齿轮2和齿轮3的半径约为齿高的2-5倍，所述齿轮2和齿轮3齿数为10-20个，齿轮2和齿轮3与弧形加热装置内壁紧密接触，在咬合反应区6内，齿轮2和齿轮3之间紧密咬合，通过两者之间产生的咬合力实现物料的改性。经过改性的物料从出料口8出来。

本发明的工作过程为：

以二氧化硅颗粒和硅烷偶联剂改性为例，先打开弧形加热装置9，升温到 200℃，再使用雾化器5将硅烷偶联剂在雾化室4内雾化，调节齿轮2和齿轮3 的转速在80r/min，随后将二氧化硅颗粒在进料口7加入，二氧化硅颗粒与硅烷偶联剂结合，随着齿轮2和齿轮3的旋转，二氧化硅颗粒在咬合反应区6被挤压完成改性，由于齿轮的旋转，物料在出料口8出来。

本发明通过雾化器将有机物改性剂在雾化室内均匀雾化，雾化后的表面活性剂经齿轮的传动直接与进料口进入的物料相接触，被齿轮带到两个齿轮咬合的反应区，用齿轮之间的咬合力实现物料的表面改性，最后由出料口排出。与传统表面改性反应器相比，本发明对表面改性剂的利用率高，改性效果好，操作简单，易于大规模连续化生产。

Claims (5)

1.一种颗粒干法连续表面改性反应器，其特征在于，包括筒体(1)，筒体(1)的左右两端设置有雾化器(5)，筒体上下两端分别设有在一条直线上的进料口(7)和出料口(8)，筒体内设有第一齿轮(2)和第二齿轮(3)，第一齿轮(2)和第二齿轮(3)在咬合反应区(6)内相咬合；咬合反应区(6)与进料口(7)和出料口(8)直接相连；雾化室(4)与第一齿轮(2)和第二齿轮(3)直接相连，都处于筒体内；

筒体(1)的内部直接相连有弧形加热装置(9)，所述弧形加热装置(9)的内壁直接与第一齿轮(2)和第二齿轮(3)相接触，齿轮和内壁之间呈密封状态。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒干法连续表面改性反应器，其特征在于，所述雾化室(4)内壁和弧形加热装置(9)内壁涂有防粘层，弧形加热装置(9)的温度范围控制在室温—300℃。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒干法连续表面改性反应器，其特征在于，所述第一齿轮(2)和第二齿轮(3)的齿数在10-20个，齿轮半径/齿高度在2-5之间。

4.根据权利要求1所述的一种颗粒干法连续表面改性反应器，其特征在于，所述第一齿轮(2)和第二齿轮(3)的转速控制在10-400r/min。

5.根据权利要求1所述的一种颗粒干法连续表面改性反应器，其特征在于，所述雾化器为压力式雾化器、二流体雾化器或超声雾化器中的一种。