CN112920623A - 一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置及其改性工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置及其改性工艺，包括初混合腔和后混合腔，所述初混合腔的顶部设有第一粉体喷射头；正对所述第一粉体喷射头的下方还设有第二粉体喷射头，所述第二粉体喷射头的上方构成第一对撞区T1区；所述初混合腔的下部呈漏斗结构，构成第一混合区M1区；所述后混合腔的上部呈上窄下宽的喇叭口结构，对应该喇叭口结构的下部中心位置设有改性剂雾化头，所述改性剂雾化头的上方构成第二对撞区T2区；所述后混合腔的下部呈漏斗结构，而构成第二混合区M2区；所述初混合腔的下部与所述后混合腔的上部连通；所述后混合腔的下端为抽料口。本发明实现粉体包覆均匀、改性活化效果好、改性产品质量稳定的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及重质碳酸钙改性活化技术领域，具体涉及一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置及其改性工艺。
背景技术
碳酸钙是一种重要的、用途广泛的化工原料。根据碳酸钙生产方法的不同，可以将其分为轻质碳酸钙和重质碳酸钙与纳米碳酸钙三大类。轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙，是用化学加工方法制得；重质碳酸钙又称研磨碳酸钙是用机械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白垩等制备。纳米碳酸钙是指粒度大小在1～100nm的碳酸钙产品，包括超细和超微细碳酸钙两种产品。为提升碳酸钙应用性能、提高适用性、拓展市场和用量就需要对碳酸钙进行改性，而上述不同种类的碳酸钙因其特性不同，对其进行改性的工艺也不相同。比如纳米碳酸钙因为处于纳米级别具有其一些纳米特性，所有一般采用干法或化学反应等方法进行改性；而重质碳酸钙因为属于通过简单机械研磨而获得的粒径较大粉体，因此一般适于采用机械物理涂覆改性的工艺。重质碳酸钙活化改性的目标是通过物理机械依靠分散力将每一颗碳酸钙颗粒表面包裹一层改性剂，这样才能改变碳酸钙颗粒的表面特性，从而实现与高分子有机聚合物的良好结合效果。但是经过改性后的同品种碳酸钙还会因为工艺以及相关参数的控制等问题而出现品质上的差异，原则上改性剂与碳酸钙颗粒的混合比例均匀性越高、结团率越少、白度降低越少则活化品质越佳、性能越稳定。如上原理各生产企业都懂，但品质难以提升或每批次生产的品质稳定性不可控，如硅酮胶专用碳酸钙的改性主要难题在于：(1)采用两种改性剂因改性剂自身粘稠度以及传统工艺问题，很难做到与粉体的高分散及均匀混合，也就导致改性剂与粉体的混合比例局部区域失调；(2)现有装置很难实现相关关键参数的精准调控(传统装置及工艺采用改性剂喷散粉体的混合方式，在冲击过程本身温度波动大且喷撒混合不均匀，冲击拨动下的混合腔内的关键混合区温度是极难精准控制的，因而会直接影响改性效果；同时，流体是流动的，其在混合腔内有效的混合时间也很难控制，归根在于混合腔内气流波动难以控制，通过传统装置简单的控制真空度是无法实现精准有效调控的，这好比一个流体波动较大且为一个大管径输送管，使用其上的大阀门即使再如何对这一大阀门进行精准微调，但也很难对传送的流体实现稳定的、微量的调控。)基于上述各种因素，也就使得行业内硅酮胶专用碳酸钙粉体的品质参差不齐，品质差异很大，价格也差异很大。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供一种易于调控、改性效果好的硅酮胶用碳酸钙连续雾化改性装置及其改性工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，包括初混合腔和后混合腔，所述初混合腔的顶部设有第一粉体喷射头；正对所述第一粉体喷射头的下方还设有第二粉体喷射头，所述第二粉体喷射头的上方构成第一对撞区T1区；所述初混合腔的下部呈漏斗结构，构成第一混合区M1区；所述后混合腔的上部呈上窄下宽的喇叭口结构，对应该喇叭口结构的下部中心位置设有改性剂雾化头，所述改性剂雾化头的上方构成第二对撞区T2区；所述后混合腔的下部呈漏斗结构，而构成第二混合区M2区；所述初混合腔的下部与所述后混合腔的上部连通；所述后混合腔的下端为抽料口。
进一步的，所述第一粉体喷射头和所述第二粉体喷射头都由中心出料管和高压喷气管组成；所述高压喷气管的出气口包覆在所述中心出料管的出料口的外周；所述高压喷气管的出气口的中轴线与所述中心出料管的出料口的中轴线的夹角在25～45度之间。
进一步的，所述初混合腔和所述后混合腔的内壁都各设有恒温供热装置；所述初混合腔的内腔温度维持在45～60℃之间；所述后混合腔的内腔温度维持在70～90℃之间。
进一步的，所述改性剂雾化头为由中心出料管和高压喷气管组成。
进一步的，所述改性剂雾化头为离心式雾化喷头。
进一步的，所述改性剂雾化头的输料管的外部还包覆有输料管恒温加热器。
进一步的，所述第一混合区M1区和所述第二对撞区T2区分别分布有第一温感电阻模块和第二温感电阻模块。
如上所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置进行硅酮胶用碳酸钙改性的工艺，包括如下步骤：
(1)将碳酸钙粉体进行初加热至45～60℃之间，然后采用45～60℃的热风气送至所述第一粉体喷射头的中心出料管，所述第一粉体喷射头的高压喷气管内采用0.3～0.4MPa、温度为45～60℃的热气流喷气；
(2)将硬脂酸粉体进行初加热至40～55℃之间，然后采用40～55℃的热风气送至所述第二粉体喷射头的中心出料管，所述第二粉体喷射头的高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为40～55℃的热气流喷气；
(3)通过调节步骤(1)和步骤(2)中的温度参数，而将所述第一混合区M1区的温度维持在50～65℃之间；
(4)先将硅烷偶联剂恒温至70-90℃之间，然后自所述改性剂雾化头喷出，通过调节所述输料管恒温加热器的温度，维持所述第二对撞区T2区温度在65-85℃之间；
(5)自所述抽料口抽出物料后，直接送入解聚打散机进行高速打散，并保持主机内的解聚温度为100～105℃；
(6)所述初混合腔和所述后混合腔内保持负压值为-2000～-3000Pa。进一步的，所述改性剂雾化头采用中心出料管和高压喷气管组成时，其高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为70-90℃之间的热气流喷气。进一步的，所述改性剂雾化头采用离心式雾化喷头时，调节电动机转速至喷出的雾化液半径外缘接近所述后混合腔的上部内腔即可。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)采用本发明可以通过恒温供热装置和所述第一粉体喷射头、所述第二粉体喷射头中气流以及原料的温度、压力、流体中粉体含量的调控，以及输料管恒温加热器的调控，而实现对所述第一混合区M1区和所述第二对撞区T2区两个关键区域温度的精准调节以及相关原料配比的精准调节。
(2)采用第一粉体喷射头、所述第二粉体喷射头进行对冲方式，实现碳酸钙粉体与硬脂酸粉体构成两个近似圆锥体状的喷射接触体面，实现更高效的混合，通过精控相关温度，有效减少与硅烷偶联剂的温差。通过调控各流体中粉体含量，实现各组分占比的更充分混合和精准调控。
(3)通过对初混合腔的下部设成上宽下窄的漏斗结构不仅提高硬脂酸粉体熔化前与碳酸钙粉体的进一步混合，同时将后混合腔设成上窄下宽结构，结合设有的改性剂雾化头，尤其是采用离心式雾化喷头实现一个接近圆盘形的硅烷偶联剂喷射面，进而实现对刚发散下流的固相混合体进行定量喷淋，此处采用离心式雾化喷头好于采用上述喷射头结构，采用喷射头结构会构成一个将近圆锥体状的喷射面，那么下流的流体混合物是很难达到定量喷淋的，至少中部流体混合物的喷淋量与周边的流体混合物的喷淋量不均匀，而影响到整体改性活性，所以该处采用离心式雾化喷头是最佳选择。
(4)所述第一混合区M1区处于混合体进入第二对撞区T2区的上段，将其温度维持在50～65℃之间，一来主要是为了防止达到硬脂酸粉体熔点，防止硬脂酸粉体熔化，进而两种物料混合物在到达第一混合区M1区进一步混溶时，能够有效维持硬脂酸粉体处于非液相状态，有效杜绝产生结团、黏内腔壁现象，同时，也减少与第二对撞区T2区的温差，待两种物料混合物到达第二对撞区T2区时，则被喷出的高温硅烷偶联剂有效喷淋混合，且硬脂酸粉体开始熔化，与碳酸钙粉体开始互混互溶，进而直至到S区两种改性剂则被粉体均匀吸收并包覆在粉体表面成膜，并在后混合腔下部70～90℃的高温下进一步收缩互溶，所述后混合腔下部只是一小段，其流体流通时间较短，然后直接进入打散机成品，实现硅酮胶专用碳酸钙粉体的高效、稳定、高品质的制备，次品率占比极低，显著提高整体的活化效果。
附图说明
图1是本发明的剖面图；
图2是本发明的硅酮胶专用碳酸钙原料的检测报告第1页；
图3是本发明的硅酮胶专用碳酸钙原料的检测报告第2页；
图4是本发明的硅酮胶专用碳酸钙原料的检测报告第3页；
图5是本发明的硅酮胶专用碳酸钙通过采用本技术方案改性后成品的检测报告第1页；
图6是本发明的硅酮胶专用碳酸钙通过采用本技术方案改性后成品的检测报告第2页；
图7是本发明的硅酮胶专用碳酸钙通过采用本技术方案改性后成品的检测报告第3页。
具体实施方式
如图1～7所示，一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，包括初混合腔1和后混合腔14，所述初混合腔1的顶部设有第一粉体喷射头；正对所述第一粉体喷射头的下方还设有第二粉体喷射头，所述第一粉体喷射头和所述第二粉体喷射头都由中心出料管3,6和高压喷气管4,5组成；所述高压喷气管的出气口包覆在所述中心出料管的出料口的外周；所述高压喷气管的出气口的中轴线与所述中心出料管的出料口的中轴线的夹角在25～45度之间，还可以优选30度或35度等。所述第二粉体喷射头的上方构成第一对撞区T1区，在此区实现碳酸钙粉体与硬脂酸粉体的两个圆锥体喷射面的高效对冲混合；所述初混合腔的下部7呈漏斗结构，构成第一混合区M1区，该区能够实现对上方的混合流体进行进一步收缩，提高互混效果，提高均匀性；所述后混合腔14的上部8呈上窄下宽的喇叭口结构，对应该喇叭口结构的下部中心位置设有改性剂雾化头13，所述改性剂雾化头的上方构成第二对撞区T2区；所述改性剂雾化头也可以同上为由中心出料管和高压喷气管组成。但可以优选采用离心式雾化喷头，主要是为了形成更接近圆饼状的喷射面，确保硅烷偶联剂与粉体的混合量更加均匀。所述后混合腔14的下部呈漏斗结构，而构成第二混合区M2区；所述初混合腔的下部与所述后混合腔的上部连通；所述后混合腔的下端为抽料口。所述初混合腔和所述后混合腔的内壁都各设有恒温供热装置2,11，优先采用热油恒温供热装置；所述初混合腔的内腔温度维持在45～60℃之间，还可优选50℃、55℃等；所述后混合腔的内腔温度维持在70～90℃之间，可优选75℃、80℃、85℃等。所述改性剂雾化头13的输料管可优先使用金属材质，其外部还包覆有输料管恒温加热器12，主要是基于液态的改性剂在长距离输送后会有较大热损失(如夏天或冬天情况下散热不同)，为确保相关区域温度的恒定，则需要设有输料管恒温加热器12以便及时精准调控。所述第一混合区M1区和所述第二对撞区T2区分别分布有第一温感电阻模块10和第二温感电阻模块9，用来监控温度。
采用本装置能够通过对上述各阶段的温度、压力、流体中粉体含量等进行调控，而最终能够实现对各关键区域温度、流速、喷淋量等参数的精准调节，能够将调节实现精准化，自然能够获得包覆均匀、改性稳定的高品质产品。
采用所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置进行硅酮胶用碳酸钙改性的工艺，包括如下步骤：
(1)将碳酸钙粉体进行初加热至45～60℃之间，然后采用45～60℃的热风气送至所述第一粉体喷射头的中心出料管，所述第一粉体喷射头的高压喷气管内采用0.3～0.4MPa、温度为45～60℃的热气流喷气；
(2)将硬脂酸粉体进行初加热至40～55℃之间，然后采用40～55℃的热风气送至所述第二粉体喷射头的中心出料管，所述第二粉体喷射头的高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为40～55℃的热气流喷气；
(3)通过调节步骤(1)和步骤(2)中的温度参数，而将所述第一混合区M1区的温度维持在50～65℃之间；
(4)先将硅烷偶联剂恒温至70-90℃之间，然后自所述改性剂雾化头喷出，通过调节所述输料管恒温加热器的温度，维持所述第二对撞区T2区温度在65-85℃之间；
(5)自所述抽料口抽出物料后，直接送入解聚打散机进行高速打散，并保持主机内的解聚温度为100～105℃；
(6)所述初混合腔和所述后混合腔内保持负压值为-2000～-3000Pa。
所述改性剂雾化头采用中心出料管和高压喷气管组成时，其高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为70-90℃之间的热气流喷气。
所述改性剂雾化头采用离心式雾化喷头时，调节电动机转速至喷出的雾化液半径外缘接近所述后混合腔的上部内腔即可。
通过采用上述装置以及工艺而获得改性重钙品质如下：
以当前公认的表征粉体改性效果的主要指标——吸油值，来判断其有益效果，通过委托广西碳酸钙产品质量检测中心分别对硅酮胶专用碳酸钙原料以及上述硅酮胶专用碳酸钙原料改性后产品进行随机抽样检测，检测结果如下表：
由上表可知，通过采用本发明装置以及工艺方法，实现硅酮胶专用碳酸钙原料的吸油值有26g/100g下降至9.9g/100g，实现吸油值减少16.1g/100g，而工业产业上采用常规传统改性工艺一般改性后的硅酮胶专用重质碳酸钙吸油值只能实现减少5～8g/100g，少有的工艺目前最多也只能实现减少10g/100g。同时，采用本发明的技术方案，改性后的成品白度降低不明显，仅降低1.2，最终白度值还高达94.5，具备显著的技术进步。
为更好体现本发明的有益效果，还将本产品与其他品牌的常见同类型产品进行对比吸油值，以体现本产品在当前行业内的技术水平，其他品牌的同类产品的吸油值采集自该品牌的官方网站所披露的商业宣传数据(因涉及品牌的市场竞争，所宣传的参数应该可以认为是该产品型号的最佳值)，其对比如下：
由上可见，采用本发明获得的硅酮胶专用重质碳酸钙的品质明显高于目前同行生产的品质，本专利的技术方案相比现有技术水平具备显著的进步。
Claims (10)
1.一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：包括初混合腔和后混合腔，所述初混合腔的顶部设有第一粉体喷射头；正对所述第一粉体喷射头的下方还设有第二粉体喷射头，所述第二粉体喷射头的上方构成第一对撞区T1区；所述初混合腔的下部呈漏斗结构，构成第一混合区M1区；所述后混合腔的上部呈上窄下宽的喇叭口结构，对应该喇叭口结构的下部中心位置设有改性剂雾化头，所述改性剂雾化头的上方构成第二对撞区T2区；所述后混合腔的下部呈漏斗结构，而构成第二混合区M2区；所述初混合腔的下部与所述后混合腔的上部连通；所述后混合腔的下端为抽料口。
2.根据权利要求1所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述第一粉体喷射头和所述第二粉体喷射头都由中心出料管和高压喷气管组成；所述高压喷气管的出气口包覆在所述中心出料管的出料口的外周；所述高压喷气管的出气口的中轴线与所述中心出料管的出料口的中轴线的夹角在25～45度之间。
3.根据权利要求1所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述初混合腔和所述后混合腔的内壁都各设有恒温供热装置；所述初混合腔的内腔温度维持在45～60℃之间；所述后混合腔的内腔温度维持在70～90℃之间。
4.根据权利要求2所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述改性剂雾化头为由中心出料管和高压喷气管组成。
5.根据权利要求1所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述改性剂雾化头为离心式雾化喷头。
6.根据权利要求1所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述改性剂雾化头的输料管的外部还包覆有输料管恒温加热器。
7.根据权利要求1所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置，其特征在于：所述第一混合区M1区和所述第二对撞区T2区分别分布有第一温感电阻模块和第二温感电阻模块。
8.根据权利要求1～7任一所述的一种硅酮胶用重质碳酸钙连续雾化改性装置进行硅酮胶用碳酸钙改性的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碳酸钙粉体进行初加热至45～60℃之间，然后采用45～60℃的热风气送至所述第一粉体喷射头的中心出料管，所述第一粉体喷射头的高压喷气管内采用0.3～0.4MPa、温度为45～60℃的热气流喷气；
(2)将硬脂酸粉体进行初加热至40～55℃之间，然后采用40～55℃的热风气送至所述第二粉体喷射头的中心出料管，所述第二粉体喷射头的高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为40～55℃的热气流喷气；
(3)通过调节步骤(1)和步骤(2)中的温度参数，而将所述第一混合区M1区的温度维持在50～65℃之间；
(4)先将硅烷偶联剂恒温至70-90℃之间，然后自所述改性剂雾化头喷出，通过调节所述输料管恒温加热器的温度，维持所述第二对撞区T2区温度在65-85℃之间；
(5)自所述抽料口抽出物料后，直接送入解聚打散机进行高速打散，并保持主机内的解聚温度为100～105℃；
(6)所述初混合腔和所述后混合腔内保持负压值为-2000～-3000Pa。
9.根据权利要求8所述的硅酮胶用碳酸钙改性的工艺，其特征在于：所述改性剂雾化头采用中心出料管和高压喷气管组成时，其高压喷气管内采用0.4～0.5MPa、温度为70-90℃之间的热气流喷气。
10.根据权利要求8所述的硅酮胶用碳酸钙改性的工艺，其特征在于：所述改性剂雾化头采用离心式雾化喷头时，调节电动机转速至喷出的雾化液半径外缘接近所述后混合腔的上部内腔即可。
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