CN1375353A - 无机、有机粉体处理设备 - Google Patents

Abstract

无机、有机粉体处理设备,锅体内包括旋转元件、阻力元件,旋转元件通过传动轴与动力装置相连,阻力元件固定于锅体内。旋转元件上带有桨叶,桨叶的设计要求尽可能地产生较少的搅拌作用而较大地产生剪切作用,阻力元件应尽可能产生较少的正面冲击力,产生较大的剪切力。目的是提高粉体颗粒与设备、粉体颗粒与粉体颗粒之间的相对运动,提高其相互作用的机会,适应各种粉体、不同物料间的表面处理要求。

Description

无机、有机粉体处理设备

本发明涉及一种能够处理各种无机、有机粉体粒子的设备。

本发明所述的粉体是指具有一定几何形状、具有较小尺寸的粒子，可以是几十目到几千目甚至纳米级。所说的粒子可以是无机粒子，例如常见的碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、二氧化钛等无机盐、金属氢氧化物等无机化合物，或者滑石粉、硅灰石、澎润土、陶土等被人工粉碎的天然无机物。也可以是一些合成有机物质，例如各种合成颜料、染料及药物，也可以是一些高分子材料，例如聚乙烯、聚丙烯、纤维素、聚氯乙烯等，还可以是自天然动植物得到的粉体，或者金属或碳黑粉。这些粉体的加工利用已成为人类生活、工业应用不可缺少的组成部分。但无论是天然矿粉、合成无机及有机材料粉、金属粉或者由天然动植物体得到的粉体，均只具有原始的特性。人们在利用这些特性时往往需要经过对原始粉体的表面进行处理以适应应用的需要。例如在塑料加工领域，经常使用一些无机填充料对有机高分子材料加以改性；用碳黑增强橡胶；用颜料或染料改变高分子的颜色及外观；用云母粉提高高分子材料的耐热性及刚性；用金属粉改变高分子材料的电阻等等，此种应用举不胜举。

众所周知，相对于高分子材料来说，石灰石粉、滑石粉等粉体具有较高的表面极性，因此与极性相对较小的一些高分子材料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等来说，它们之间的相容性较差，因而共混物的物性受到影响。因此，需要对这些无机粉体进行表面改性。常用的方法是采用一些现有的混合设备，将填料及表面改性剂放在一起进行搅拌处理，以实现表面偶联改性。由于现代粉体技术的发展，粉体的尺寸越来越小，特别是已进入纳米时代，粉体的颗粒如此之小，其表面能如此之大，以致于已经是细小尺寸的粉体又重新团聚在一起形成较大的颗粒，而这些“大尺寸”的颗粒如不能得到良好的分散，会使得“填充”复合物不能获得理想的目标物性。同样，对于粒子间，相容性较差时，为了避免粒子间的团聚，获得目标物性，也需要适合的设备进行处理。

为了提高被处理粉体的性能，人们已经研制开发了一些比普通混合设备更适合粉体处理的设备。例如，利用JP特开昭62-83029中描述并且已经由Nara KikaiCo.，Ltd.推向市场的混成系统，或者利用JP特公昭42-27021中描述并由Turbo KogyoCo.Ltd.推向市场的冲击粉碎机。JP待开平3-56131(相应于US专利5,087,546)中公开的连续混合设备。1997年日本佳能株式会社在中国申请的专利CN1185998A所描述的用于固体粒子的表面处理设备。

JP特开昭62-83029中所描述的是一种间歇式处理设备，它是利用旋转叶片产生的气流，带动物料冲击周边桶体挡板产生作用。可以看出，在处理过程中，旋片产生的气流带动物料一起运动，对物料产生作用的工作面很小，仅仅是周边的桶体挡板。因此，能量利用率很低。JP特公昭42-27021所描述的是一种连续式处理设备，它的主要特点是在周边桶体上设有众多沟纹，以增加对物料的作用力。但是，这些沟槽极易造成物料的粘附而影响处理效果。US专利5,087,546所介绍的也是一种连续处理设备，它的特点是，具有众多组旋转盘及固定盘，每组旋盘及定盘上均设有数个叶片。由于旋盘与定盘间、旋盘与机体间间隙过宽，且无效作业区很大。专利CN1185998A所描述的设备也是一种连续型设备，它的特点是，在多组旋片间设有若干导板，导板将每个旋片隔离开形成独立的工作区，每个工作区的工作原理完全相同于JP特开昭62-83029，其缺点也相同。另外，除JP特公昭42-27021外，上述专利设备所产生的作用力，主要是正面的冲击力，而正面冲击力易产生被处理物料的能量聚集，最终导致能量以热量的方式耗散，因此对系统温度的控制带来困难。同时，从这些设备运转方式看，他们是通过转子的高速转动，带动固体粒子高速旋转，在离心力的作用下，使固体粒子撞击腔壁而获得粉碎颗粒的能量。但是，由于固体颗粒运动过程中各粒子的相对运动小，相互撞击的机会也少，不利于不同物料间的相互包敷或表面改性等处理。

本发明的目的是提供一种无机、有机粉体的处理设备，能够提高粉体颗粒与设备、粉体颗粒与粉体颗粒之间的相对运动，提高其相互作用的机会，适应各种粉体、不同物料间的表面处理要求。本发明的目的还在于处理时间和处理方式可以随不同物料及要求任意可调。

本发明所说的处理可以是传统的表面改性、偶联、活化、表面膜化、微胶囊化等，也可以是具有“力化学”作用的“共研磨”过程。这种处理粉体的过程可以是用低或高分子的有机物包覆、作用于无机粒子；也可以是用无机粒子与高分子材料之间的相互作用，使无机粒子嵌入结合高分子机体；还可以是用一种较小的无机粒子或热塑性塑料粒子包覆或附着、沉积、固定于另一种较大的有机物粒子或无机粒子的表面。

本发明的无机、有机粉体处理设备，包括动力装置、锅体，其特征在于锅体内包括旋转元件、阻力元件，旋转元件通过传动轴与动力装置相连，阻力元件固定于锅体内。

动力装置由电机和调速器所组成，应具有足够的功率及转速。因处理的物料不同，所需求的功率及转速也不尽相同。但动力装置所产生的能量应满足E_装置＞E_粉体关系，此中E_装置表示由设备产生，可以传递给被处理物料的能量。E_粉体表示粉体固有的表面团聚能。众所周知，E_粉体是由造成粉体粒子相互吸引的静电力、表面的吸附水所产生的氢键力等所产生，涉及构成E_粉体的因素已属公知。不同的物质因而具有不同的表面、吸附水量的不同以及不同的粒径，所以E_粉体是随被处理的对象不同而不同。所以，对处理不同的粉体，装置应能提供足够的能量，以便能打散团聚的粉体。

旋转元件是由固定在传动轴上的浆叶形成，在传动轴上最好加有轴套，旋转元件浆叶固定在轴套上。加轴套的目的主要是增大传动轴处的直径，使传动轴附近的近似无效工作区降低。因此轴套的直径应足够大，以降低无效工作区，使被处理物料总是处在有效工作区内。电机所产生的能量通过传动轴及轴套传递给旋转元件，要求各组成材料要强度好、硬度高、耐磨性好、耐热性能好，整体材料抗疲劳性能好。桨叶的形状设计要求尽可能地产生较少的搅拌作用而较大地产生剪切作用，能够达此要求的桨叶均在本发明的范围内。固定在轴套上的桨叶既可以是同一规则的排列，也可以是不同一规则的排列，其截面形状是多种多样的。可以是具有平板、圆柱、三角形柱体或其他任何几何形状的物体。

阻力元件是锅体内的固定元件，既可以是垂直固定在锅体内，也可以是平行固定于锅体内。其设计要求应尽可能产生较少的正面冲击力而尽可能地产生较大的剪切力。阻力元件与桨叶之间最好产生一种协同效应，产生较大的剪切作用，使得由电机产生的能量能较好的作用于被处理的物料。因此阻力元件的形状可以是具有平板、圆柱、三角形柱体或其他任何几何形状的物体。为了适应不同物料间的表面处理，安装在轴套上的桨叶是便于拆卸和更换的，此技术方案的实现有多种已有技术可以实现。本发明采用间歇操作，因此处理物料的时间可调；桨叶及阻力元件可更换，对物料的处理方式可调。

浆叶或阻力元件的数量≥1，旋转元件浆叶有两组或两组以上在传动轴或轴套圆周体上均匀排列或周期排列。既可以是在同一圆上分布的浆叶为一组，在轴套上两组或两组以上均匀排列或周期排列；也可以是轴套上纵向排列的浆叶为一组，两组或两组以上在圆周方向上均匀排列或周期排列。每组之间的浆叶可以按同一规则(如浆叶的形状、长度、水平安装还是成一定角度安装等)排列，也可以不按同一规则排列。

锅体内可以有测温元件，根据不同物料的处理要求，对锅体内的温度进行调整。因此锅体可以设计为具有夹套结构的方式，通入水、油等导热介质进行冷却或加热。测温元件在锅体内的放置位置可以是插入在具有中空结构的阻力元件内，或其它方式。

本发明所设计的锅体及轴套最好具有内夹层结构，在夹层内可通入热传递介质，以便根据需要通过传热介质对被处理物料加热或冷却。

下面结合实施例附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明针对无机粉体处理装置的锅体内设置示意图；

图3为图2中旋转元件形状及截面示意图；

图4为图2中阻力元件形状及截面示意图；

图5为本发明针对共研磨工艺而设计的锅体内结构示意图：

图6为图5中旋转元件形状及截面示意图；

图7为图5中阻力元件形状及截面示意图；

图8为本发明针对颜料分散改性而设计的锅体内结构示意图；

图9为图8中旋转元件形状及截面示意图；

图10为图8中阻力元件形状及截面示意图；

图11为本发明对药品糖衣包覆料的处理而设计的锅体内结构示意图；

图12为图11中旋转元件形状及截面示意图；

图13为图11中阻力元件形状及截面示意图。

本发明由支架1、电机2、传动轴3、轴套4、锅盖5、密封元件6、锅体7、浆叶8、阻力元件9、测温元件10组成。锅体及轴套具有夹套结构，夹层可以通入传热介质，例如水、油等进行冷却或加热。

实施例一：滑石粉的表面改性

如图2为针对无机粉体处理装置的锅体内设置示意图，本实施例所采用的旋转元件及阻力元件的形状及截面图如图3和图4。旋转元件上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的桨叶，这些桨叶分成上下两半部分，上半部分短于下半部分。上半部分桨叶与水平面有一定角度，该角度可以是0～90度，最好是10~90度，根据不同物料确定。上半部分浆叶对物料流施以下压力，下半部分桨叶与水平面平行。上半部分对应于锅体内空腔内竖直设有阻力元件，阻力元件的形状为边缘逐渐过渡的板或片状(截面类似倒梯形)，阻力元件的数量大于或等于一。

将超细滑石粉(≥1000目)及偶联剂按比例加入处理器中，开启运转10分钟，将处理后物料填充到聚丙烯塑料中，然后测量其物性，所得结果见下表1。可以看出，填充无机填料后聚丙烯的性能均比聚丙烯性能为好。

表1 PP改性填充前后性能对比

物料名称	屈服应力(MPa)	断裂强度(MPa)	冲击强度(J/m)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)
						未填充PP	30	24	84	29	831
填充20％PP	30	23	128	35	2191

该表面处理主要是将团聚的滑石粉粒子在设备中被打散，形成粒径≥1000目的原始粒子，原始粒子与偶联剂作用形成复合结构。

实施例二：聚乙烯与碳酸钙的共研磨改性

图5为本发明针对共研磨工艺设计的锅体内的结构示意图。本实施例所采用的旋转元件及阻力元件的形状及截面图如图6和图7。旋转元件上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的圆棒形或横截面为菱形的桨叶，这些桨叶分成上下两半部分，上半部分短于下半部分。上半部分对应于锅体内空腔内竖直设有阻力元件，阻力元件的形状为圆棒形或横截面为菱形，阻力元件的数量大于或等于一。

将碳酸钙与聚乙烯按比例加入处理器中，开启运转30分钟，然后将混合物料制备成样条，测试其分散情况，所得结果见下图1，可以得出其碳酸钙分散效果较一般设备更佳。

无机粒子与有机粒子之间有相互作用，两种粒子被打散，使打散的碳酸钙粒子嵌入到聚乙烯粒子中。

实施例三：颜料的分散改性

图8为本发明针对颜料分散改性而设计的锅体内结构示意图，本实施例所采用的旋转元件及阻力元件的形状及截面图如图9和图10。旋转元件上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的桨叶，这些桨叶为板状或片状，外缘平滑过渡。阻力元件水平固定于锅体内与桨叶错位对应，阻力元件的形状为板状或片状，外缘平滑过渡。阻力元件的数量大于或等于一。

将颜料及钛白粉按比例加入处理器中，开启运转30分钟，然后将改性处理后的颜料加入塑料中，可以得出使用了较少量的颜料即可实现较好的遮盖效果。

颜料是一种比较贵的物质，使用量比较少，需要一种价格相对比较低的载体。颜料与无机载体间发生作用，使小粒径颜料均匀分散在无机载体粒子的表面。

实施例四：药品糖衣包覆料的处理

图11为本实施例所采用的锅体内结构示意图。本实施例所采用的旋转元件及阻力元件的形状及截面图如图12和图13。旋转元件上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的桨叶，这些桨叶为板状或片状，外缘平滑过渡。阻力元件垂直固定于锅体内，阻力元件的形状为板状或片状，外缘平滑过渡。阻力元件的数量为1到3个。

按配方将色淀、纤维素、滑石粉等物料依一定的顺序加入处理器中，每加入一种物料均开启处理器运转数分钟，完成处理。经本专利设备处理后的物料放入水中搅拌，可迅速溶解，且静置24小时后无色淀及其它粒状物料沉淀析出。而采用其它方法均无法实现上述效果。

以上每一实施例所述浆叶或阻力元件的形状为板状或片状，外缘平滑过渡或外缘逐渐过渡的含义既可以是成直斜面过渡(如图4、10所示)，也可以是成弧面过渡(如图13所示)；既可以是从两侧过渡(上宽下窄，如图4、10所示)，也可以是从一侧过渡到另一侧(一侧宽、一侧窄，如图13所示)。每一实施例只是其中一种方式。

与每一实施例所处理粒子的作用或效果相同或类似的情况，同样也适用于对其它粉体粒子的处理。

本发明的优点：

1、本发明所设计的设备，可以提供较高的能量。

2、对物料传输能量的设计独特，既有旋转的桨叶，又有固定的、能够产生反向作用力的阻力元件。旋转件与固定件的相互作用，可更有效地将电机提供的能量传递给被处理的物料，能量的利用效率较高。

2、无论是旋转件还是固定件的安装更换均十分灵活方便，可以根据不同的应用加以选择。

4、可以达到普通的混合、粉碎，更主要是对小粒子甚至纳米级的粒子的混合、分散。体现粒子的相互作用要多。通过撞击、剪切使粒子打散均匀，其剪切效果体现更强。

Claims (16)

1、一种无机、有机粉体处理设备，包括动力装置、锅体，其特征在于锅体内包括旋转元件、阻力元件，旋转元件通过传动轴与动力装置相连，阻力元件固定于锅体内。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于旋转元件是由固定在传动轴上的桨叶所构成。

3、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于传动轴上带有轴套，旋转元件固定在轴套上。

4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于阻力元件在锅体内可以是垂直固定在锅体内，也可以是水平固定于锅体内。

5、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于传动轴上的旋转元件或固定在锅体内的阻力元件可以是同一规则的排列，也可以是不同一规则的排列。

6、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于旋转元件及阻力元件是具有平板、圆柱、三角形柱体或其他任何几何形状的物体。

7、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述旋转元件有两组或两组以上在传动轴圆周体上均匀排列或周期排列。

8、根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于旋转元件相对于阻力元件旋转时对其间物料产生较大的剪切力。

9、根据权利要求1所述的设备，其特征在于锅体内有测温元件。

10、根据权利要求1所述的设备，其特征在于锅体内有测温元件，插入在具有中空结构的阻力元件内。

11、根据权利要求1所述的设备，其特征在于锅体具有可以流动导热介质的夹套结构。

12、根据权利要求3所述的设备，其特征在于轴套具有可以流动导热介质的夹套结构。

13、根据权利要求1所述的设备，其特征在于轴套上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的板状或片状桨叶，这些桨叶分成上下两半部分，上半部分短于下半部分，上半部分桨叶与水平面有一定角度，下半部分桨叶与水平面平行，上半部分对应于锅体内空腔内竖直设有阻力元件，阻力元件的形状为边缘逐渐过渡的板或片状，阻力元件的数量大于或等于一。

14、根据权利要求1所述的设备，其特征在于轴套上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的圆棒形或横截面为菱形的桨叶，这些桨叶分成上下两半部分，上半部分短于下半部分，上半部分对应于锅体内空腔内竖直设有阻力元件，阻力元件的形状为圆棒形或横截面为菱形，阻力元件的数量大于或等于一。

15、根据权利要求1所述的设备，其特征在于轴套上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的桨叶，这些桨叶为板状或片状，外缘平滑过渡，阻力元件水平固定于锅体内与桨叶错位对应，阻力元件的形状为板状或片状，外缘平滑过渡，阻力元件的数量大于或等于一。

16、根据权利要求1所述的设备，其特征在于轴套上带有两组或两组以上在圆周上均匀排列或周期排列的桨叶，这些桨叶为板状或片状，外缘平滑过渡，阻力元件垂直固定于锅体内，阻力元件的形状为板状或片状，外缘平滑过渡，阻力元件的数量为1到3个。

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