CN1172742C - 处理纳米粒子的超高速混合机 - Google Patents

Abstract

一种用于处理纳米粒子的超高速混合机，其特点是该超高速混合机的混合锅(1)底部设搅拌装置，搅拌装置上设上叶轮(2)和下叶轮(3)，搅拌装置的转轴转速为4000～6000rpm，转轴与主电机(9)连接，混合锅侧面设切刀(4)，切刀与电机(8)相连接，下侧面设出料口(6)，顶盖上设雾化喷嘴(5)。这种高转速和特殊设计的措施是为超高速混合机提供更强的剪切力，破坏无机纳米粒子之间的团聚，使处理剂有机会充分接触无机纳米粒子的表面，提高混合效果。

Description

处理纳米粒子的超高速混合机

一、技术领域

本发明涉及一种用于处理纳米粒子的超高速混合机，属于聚合物/无机纳米粒子的复合材料制备的专用设备领域。

二、背景技术

高速混合机具有混合快，混合均匀，机械操作方便，易于清理等优点，国内外厂家已形成系列产品，广泛应用于高分子材料成型加工、制药、染料、造纸等行业。美国专利U.S.patent5030400，它是一种主要应用在制药行业的高速混合机，适合处理粉状固体与液体的混合，最终形成一定粒径大小的颗粒。由于其设计思想主要是处理液体的均匀分散及混合，不能提供高剪切作用，只能用来处理粒径较大的固体粒子，而不能处理极易成团的纳米粒子。因为无机纳米粒子之间的团聚非常严重，使用现有的设备无法提供足够的剪切力使其分散，这就使加入处理剂进行处理变得困难；其次是液体处理剂---偶联剂加入现有的高速混合机内，液体处理剂不能与纳米粒子充分接触，达不到好的分散效果；在现有的高速混合机内，无机纳米粒子接触到大量的液体处理剂时会发生聚集成较大的团块、更达不到很好的处理效果。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术上的不足而提供一种用于处理纳米粒子的超高速混合机，其特点是在超高的剪切力作用下，使表面处理剂均匀分散，并与纳米粒子充分接触，从而使无机纳米粒子得到良好的表面处理。

本发明的目的由以下技术措施实现：

处理纳米粒子的超高速混合机的混合锅(1)底部设有搅拌装置，搅拌装置上设上叶轮(2)和下叶轮(3)，搅拌装置转轴的转速为4000～6000rpm，转轴通过传送带(7)与主电机(9)连接，混合锅(1)侧面设切刀(4)，切刀与电机(8)连接，混合锅下侧面设出料口(6)，顶盖上设雾化喷嘴(5)。

上叶轮(2)可设计为棘轮式(11)、上下齿片式(10)或桨叶式(12)。

下叶轮(3)可设计为上弯桨叶式(13)。

切刀可设计为Y型(15)或U型(14)，切刀的横截面为菱形、三棱形或多棱形。

顶盖上设雾化喷嘴装置，喷嘴(16)开有若干小孔。

超高速混合机主要用于无机纳米粒子的表面处理，由此处理过的无机纳米粒子制备的聚合物/无机纳米粒子复合材料中，纳米粒子可达到纳米级分散，力学性能比未处理过的无机纳米粒子制备的聚合物/无机纳米粒子复合材料提高数倍。

本发明具有如下优点：

1、采用超高速混合机处理纳米粒子不需要加热、时间短。一般处理3～5分钟，效率高，加入纳米粒子的量可达到30wt％，成本低，经济效益显著。

2、纳米粒子与处理剂混合均匀，可达到处理剂用量少，包覆纳米粒子好的效果。

3、处理后的纳米粒子加入聚合物后，分散均匀，可达纳米级尺度分散，复合材料的力学性能，特别是韧性有大幅度提高。

四、附图说明

图1为超高速混合机结构示意图

图2为上下齿片式上叶轮结构示意图

图3为棘轮式上叶轮结构示意图

图4为桨式上叶轮结构示意图

图5为上弯桨叶式下叶轮结构示意图

图6为U型侧壁切刀结构示意图之一

图7为Y型侧壁切刀结构示意图之二

图8为雾化喷嘴结构示意图

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例

处理纳米粒子的超高速混合机，具有结构简单，制造容易的特点。如图1～8所示，超高速混合机的混合锅1底部设有搅拌装置，搅拌装置上设上叶轮2和下叶轮3，搅拌轴的转速为4000～6000rpm，转轴通过传送带7与主电机9连接，混合锅侧面设切刀4，切刀与电机8连接，混合锅下侧面开设出料口6，顶盖上设雾化喷嘴装置5。高转速是为超高速混合机提供更强的剪切力，破坏无机纳米粒子之间的团聚，使处理剂有机会充分接触无机纳米粒子表面。为了进一步增加剪切力，我们将超高速混合机的上叶轮设计成棘轮式11，上下齿片式10和桨叶式12，根据纳米粒子的需要选择其中一种上叶轮。下叶轮13为上弯桨叶式，这种特殊设计的桨叶在保证纳米粒子有轴向运动的同时提供了较大的剪切力；为了适于添加液体处理剂，我们在超高速混合机顶部设计了液体雾化喷射装置16，使液体处理剂能以微小的液滴形式与无机纳米粒子接触，达到在强剪切力作用下打开团聚状态的无机纳米粒子能与液体处理剂均匀分散混合的目的；针对加入大量液体后，无机纳米粒子出现结块现象，我们在超高速混合机的侧面设计一个高速旋转的切刀14或15，除了消除结块，切刀还可以进一步加强混合机内粒子的湍流运动，增加混合效果。

应用实施例

将平均粒径50nm的纳米碳酸钙960克，硬脂酸40克，加入超高速混合机内，于温度120～130℃高速混合4～6分钟后出料备用，再将处理后的纳米碳酸钙175克，聚丙烯325克在双螺杆挤出机中混合造粒，注射成型标准样条，测试拉伸性能按GB/T1040-92标准，拉伸速率100mm/min，悬臂梁冲击性能按GB/T1040-96标准；测试结果详见表1所示。

              表1聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料的力学性能

样品                          屈服强度MPa    拉伸模量MPa        缺口冲击强度kJ/m²

纯聚丙烯(PP)                  35.5           1705               4

PP/Caco₃(65/35)              33.2           2666               2.6

PP/经处理Caco₃(65/35)        33.6           2731               18

Claims (5)

1.一种用于处理纳米粒子的超高速混合机，含有混合锅，搅拌器和出料装置，其特征在于该超高速混合机的混合锅(1)底部设有搅拌装置，搅拌装置上设上叶轮(2)和下叶轮(3)，搅拌轴的转速为4000～6000rpm，转轴通过传送带(7)与主电机(9)连接，混合锅侧面设切刀(4)，切刀与电机(8)连接，混合锅下侧面开设出料口(6)，顶盖上设雾化喷嘴(5)。

2.按照权利要求1所述处理纳米粒子的超高速混合机，其特征在于上叶轮(2)为棘轮式(11)上下齿片式(10)或桨叶式(12)。

3.按照权利要求1所述处理纳米粒子的超高速混合机，其特征在于下叶轮为上弯桨叶式(13)。

4.按照权利要求1所述处理纳米粒子的超高速混合机，其特征在于切刀为Y型(15)或U型(14)，切刀的横截面为菱形、三棱形或多棱形。

5.按照权利要求1所述处理纳米粒子的超高速混合机，其特征在于顶盖上设雾化喷嘴装置，喷嘴(16)开有若干小孔。

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