CN218924620U - 一种表面改性设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种化工设备技术领域，尤其涉及一种表面改性设备。表面改性设备包括用于放置需要改性的材料的改性反应容器，还包括气相改性剂发生装置，气相改性剂发生装置用于产出气相的改性剂，改性反应容器与气相改性剂发生装置连接；或者表面改性设备还包括导热装置和与改性反应容器连接存储液相的改性剂的改性剂存储容器，导热装置套设在改性反应容器外围并与改性反应容器接触，导热装置用于对改性反应容器加热以使液相的改性剂转化为气相的改性剂。本实用新型可直接向改性反应容器内通入气相的改性剂或者采用改性剂物态的转化方式来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，降低了改性剂的用量和浸泡改性后的干燥步骤，节约成本，提高生产效率。

Description

一种表面改性设备

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种表面改性设备。

背景技术

表面改性是在保持材料或制品原性能的前提下，赋予材料或制品表面新的性能，如疏水性、亲水性、抗静电性、生物相容性等。超细粉体类材料具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。

粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。其中，表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是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。改性工艺可分为干法和湿法两种。粉体表面改性工艺因表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法表面改性工艺、复合改性工艺三大类。

气凝胶、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等粉体表面改性常采用湿法表面改性工艺，湿法表面改性工艺一般用于可水溶或可水解的表面改性剂，以水溶液的形式对需表面改性的材料进行浸泡改性。授权公告号为CN215842555U的中国实用新型专利公开了一种二氧化硅微粉表面改性用浸泡搅拌装置，该浸泡搅拌装置是将二氧化硅微粉浸泡在改性溶液内，并一同搅拌，增大二氧化硅微粉与改性溶液的接触面积及增加大改性溶液的流动速度，从而提高改性效率。由此可见，湿法表面改性工艺还具有表面改性剂分散好、表面包覆均匀等优点，但需要后续进行脱水(过滤和干燥)作业；另外，湿法表面改性工艺所需的改性剂用量大，改性剂溶液浓度过低会导致表面改性效果变差，使得湿法表面改性工艺的成本较高、生产周期较长。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种表面改性设备，以解决现有的湿法表面改性工艺成本较高、生产周期较长的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种表面改性设备，包括用于放置需要改性的材料的改性反应容器，还包括：

改性剂存储容器，与所述改性反应容器连接，用于存储液相的改性剂；

导热装置，套设在改性反应容器外围并与改性反应容器接触，导热装置用于对改性反应容器加热以使液相的改性剂转化为气相的改性剂；

或者，表面改性设备还包括：

气相改性剂发生装置，气相改性剂发生装置用于产出气相的改性剂，改性反应容器与气相改性剂发生装置连接。

上述技术方案的有益效果是：本实用新型可直接向改性反应容器内通入气相的改性剂或者采用将通入改性反应容器内液相的改性剂转化为气相的改性剂这种改性剂物态的转化来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，使待改性的材料或制品能处于充满高温气相改性剂的改性反应容器内进行改性，以高温气态分子的高扩散性、高扩散率的原理提高表面改性的效率；相比湿法表面改性工艺，能够减少液态改性剂以浸泡的方式改性所用的改性剂的用量，以及浸泡改性后的干燥步骤，缩短了生产工序，提高了生产效率，降低了生产成本。

进一步的，所述导热装置包括环绕在改性反应容器外周的加热管，加热管呈螺旋柱状，加热管内用于流通导热介质；表面改性设备还包括相互连接的导热介质储存装置和导热介质加热装置，导热介质存储装置用于存储并向导热介质加热装置补充导热介质，导热介质加热装置与所述加热管连接，用于向加热管内输送加热后的导热介质。

有益效果：采用螺旋柱状的加热管，可套设环绕在改性反应容器外周，在进入经加热后的导热介质后，能够实现改性反应容器上各个位置的温度均匀，保证改性剂与待改性的材料进行充分的反应，保证改性效果。

进一步的，导热介质存储装置与导热介质加热装置之间还设置有气液分离器，气液分离器的入口与真空釜连接，气液分离器上的液体出口与导热介质加热装置连接，气液分离器上的气体出口与导热介质存储装置连接。

有益效果：设置气液分离器能够将导热介质在加热过程中产生的油气与导热介质进行分离，进而实现导热介质的回收和重复使用，避免导热介质的浪费。

进一步的，所述改性反应容器为真空釜，真空釜的顶部连接有真空泵，改性剂存储容器与真空釜的连接位置位于真空釜的底部。

有益效果：采用真空釜进行抽真空，可以将液相的改性剂通过压力差吸进真空釜内，此时便无需设置专门的泵送装置；真空环境下产生负压，更有利于改性剂对被改性物的渗透和吸附。

进一步的，所述真空釜与真空泵之间设置有缓冲罐。

有益效果：能够防止真空泵的泵油回流，保证真空泵的使用安全。

进一步的，真空釜的底部和中间位置均设有温度监测点，真空釜的顶部和中间位置之间设有至少一个温度监测点。

有益效果：能够实时监测真空釜周围的温度场，以便控制温度场的温度均匀。

进一步的，真空釜与气液分离器之间设有导热介质冷却装置，导热介质冷却装置通过三通阀连接在加热管与气液分离器之间的连通管道上。

有益效果：能够对导热介质进行降温，能够适用于表面改性后的真空釜的快速降温，提高生产效率。

进一步的，所述导热介质冷却装置为管式换热器，管式换热器连接有循环水泵，循环水泵用于连接冷却水源。

有益效果：管式换热器耐温高、导热好、体轻、占地面积小，无毒性，不结垢，安装维修方便。

附图说明

图1是本实用新型的表面改性设备的示意图。

附图标记说明：1-真空釜，2-改性剂存储容器，3-高位油槽，4-导热油加热器，5-油气分离器，6-缓冲罐，7-真空泵，8-冷水池，9-冷水降温罐，10-进料阀，11-出料阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型的表面改性设备的具体实施例：

如图1所示，表面改性设备包括改性反应容器、改性剂存储容器2、导热装置、导热介质存储装置、导热介质加热装置、导热介质冷却装置、气液分离器。

本实施例中，导热介质采用导热油，改性反应容器采用真空釜1，导热装置为呈螺旋柱状的加热管；导热介质存储装置为高位油槽3，导热介质加热装置为导热油加热器4，导热油加热器4为现有技术；导热介质冷却装置为冷水降温罐9，具体为现有技术中常见的常压管式换热器；气液分离器为现有技术中常见的油气分离器5。真空釜1、高位油槽3、导热油加热器4均为现有技术，在此不再详细赘述具体结构和工作原理。

具体的，改性剂存储容器2与真空釜1连接，用于存储液体改性剂。加热管环绕套设在真空釜1的外周，并与真空釜1的外壁接触，加热管内用于流通导热油。真空釜1的顶部连接有真空泵7，为避免真空泵7的泵油回流，在真空泵7与真空釜1之间连接有缓冲罐3。

改性剂存储容器2与真空釜1的连接位置位于真空釜1的底部，液体改性剂在真空釜1抽真空、加热之后在压力差的作用下压入至真空釜1中，并于真空、加热条件下转变为气相，对材料或材料制成的成型制品进行表面改性。

真空釜1的底部、中间和高点等位置均设有温度监测点，温度监测点处安装有温度传感器，此处的高点指的是真空釜的中间位置和顶部之间且靠近真空釜顶部的位置。

高位油槽3与导热油加热器4连接，高位油槽3内存储有导热油，同时高位油槽3通过管道向导热油加热器4补充导热油。导热油加热器4通过管道与加热管的入口连接，导热油加热器4将导热油加热后，通过管道将加热后的导热油供入真空釜1外壁处的加热管入口中，加热管内流通有导热油，这部分导热油用以对真空釜1进行加热升温。油气分离器5设置在高位油槽3与导热油加热器4之间，油气分离器5的入口与改性剂存储容器2连接，油气分离器5上的液体出口与导热油加热器4连接，油气分离器5上的气体出口与高位油槽3连接。

导热油在加热管中循环后经加热管出口输送至油气分离器5中，油气分离器5将导热油在加热过程中产生的油气与导热油分离，此处的油气包括混入导热油中的空气及导热油加热时产生的气体。从油气分离器5中分离出的油气输送至高位油槽3后再从高位油槽3中排出，从油气分离器5中分离得到的液体状态的导热油输送至导热油加热器4中进行回收、加热并重复使用。

冷水降温罐9设置在真空釜1与油气分离器5之间，冷水降温罐9的进出口均通过三通阀连接在加热管与油气分离器5之间的连通管道上。如图1所示，由加热管的出口流出的导热油既可以直接进入到油气分离器5中，也可以先进入到冷水降温罐9内进行冷却后再进入到油气分离器5中，这两种方式相互独立，通过对应的阀门控制。

冷水降温罐9通过循环水泵从冷水池8抽取用于冷却导热油的冷却水，从冷水降温罐9从循环出的冷却水通过管道循环回冷水池8中，此处的冷水池8作为冷水降温罐9的冷却水源。另外，真空泵7通过水泵及输送管道从冷水池8中抽取冷却水用于真空泵7的降温，通过另一输送管道将参与冷却之后的冷却水输送回冷水池8中。此时，冷水降温罐9与真空泵7共用同一个冷却水源，即冷水池8。

本实施例需要说明的是，真空釜1与改性剂存储容器2之间、高位油槽3与油气分离器5和导热油加热器4以及加热管之间、冷水降水罐9与油气分离器5之间均是通过相应的管道连接，且在管道上均设置有相应的阀门，此处的阀门采用能够实现自动控制的电磁阀。

如图1所示，本实用新型的表面改性设备的工作流程主要分为抽负压、对真空釜抽负压及升温之后进行改性剂进料以及改性完成。其中，抽负压的具体步骤为：将需要改性的工件放入真空釜1内，关闭釜盖，利用卡箍法兰托轮装置将釜盖锁紧，利用真空泵7从真空釜1上的抽真空口将釜内抽到设定的负压值，利用加热管加热釜体内部，此步骤中也可先使用加热管加热真空釜1后再利用真空泵抽真空。对真空釜抽负压及升温之后进行改性剂进料的步骤为：待真空釜1内达到设定负压值之后打开与改性剂存储容器2连接的进料阀10，利用压力差将改性剂存储容器2内的液体改性剂吸进真空釜1内，在加热管的加热作用下，液体改性剂在真空釜1的内部汽化为气态改性剂，汽化后的改性剂迅速扩散并填充满真空釜1，并与釜内待改性材料或制品均匀接触，当液体改性剂转移至一定量时(通过真空釜内压力直观地观察)，关闭进料阀10，开始改性过程。改性完成后，关闭导热油加热器4，开启加热管道出口与立式冷水降温罐9之间的阀门，使得用以加热真空釜1的热的导热油通过立式冷水降温罐9中与冷却水进行热交换，实现导热油的降温，同时能通过降温的导热油对真空釜1进行快速降温，大大缩减降温时间；然后开启真空釜1上的平压阀对真空釜1的釜体内平压，通过设置于液体改性剂的进液管道上出料阀11排出多余液体改性剂(很少量)，出料阀11与进液管道之间通过三通阀连接，平压及出料完成后打开釜盖，取出改性后的材料或制品，完成操作过程。此处的出料阀还可以直接设置在真空釜1的底部。

本实用新型采用将通入改性反应容器内液相的改性剂转化为气相的改性剂这种改性剂物态的转化来实现对湿法表面改性工艺的工序改良，使待改性的材料或制品能处于充满高温气相改性剂的改性反应容器内进行改性，以高温气态分子的高扩散性、高扩散率的原理提高表面改性的效率；相比湿法表面改性工艺，能够减少液态改性剂以浸泡的方式改性所用的改性剂的用量，以及浸泡改性后的干燥步骤，缩短了生产工序，提高了生产效率，降低了生产成本。

在其他实施例中，也可以将产生气相改性剂的气相改性剂发生装置直接与改性反应容器连接，此时直接将气相改性剂通入到改性反应容器中。在实际生产中，可将高温氮气或高温惰性气体通入到储存液相改性剂的罐体内，使液相改性剂汽化成气相改性剂，以形成气相改性剂发生装置。

在其他实施例中，改性反应容器也可以采用一般的反应罐体，反应罐体内设有搅拌机构，此时导热装置可以采用电加热套，直接套设在改性反应容器外，此时电加热套通电后发热来对改性反应容器进行加热，相应的，此时无需设置加热管、高位油槽、油气分离器和导热油加热器。

以上所述的本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种表面改性设备，包括用于放置需要改性的材料的改性反应容器，其特征在于，还包括：

改性剂存储容器，与所述改性反应容器连接，用于存储液相的改性剂；

导热装置，套设在改性反应容器外围并与改性反应容器接触，导热装置用于对改性反应容器加热以使液相的改性剂转化为气相的改性剂；

或者，表面改性设备还包括：

气相改性剂发生装置，气相改性剂发生装置用于产出气相的改性剂，改性反应容器与气相改性剂发生装置连接。

2.根据权利要求1所述的表面改性设备，其特征在于，所述导热装置包括环绕在改性反应容器外周的加热管，加热管呈螺旋柱状，加热管内用于流通导热介质；表面改性设备还包括相互连接的导热介质储存装置和导热介质加热装置，导热介质存储装置用于存储并向导热介质加热装置补充导热介质，导热介质加热装置与所述加热管连接，用于向加热管内输送加热后的导热介质。

3.根据权利要求2所述的表面改性设备，其特征在于，导热介质存储装置与导热介质加热装置之间还设置有气液分离器，气液分离器的入口与真空釜连接，气液分离器上的液体出口与导热介质加热装置连接，气液分离器上的气体出口与导热介质存储装置连接。

4.根据权利要求3所述的表面改性设备，其特征在于，所述改性反应容器为真空釜，真空釜的顶部连接有真空泵，改性剂存储容器与真空釜的连接位置位于真空釜的底部。

5.根据权利要求4所述的表面改性设备，其特征在于，所述真空釜与真空泵之间设置有缓冲罐。

6.根据权利要求4或5所述的表面改性设备，其特征在于，真空釜的底部和中间位置均设有温度监测点，真空釜的顶部和中间位置之间设有至少一个温度监测点。

7.根据权利要求4所述的表面改性设备，其特征在于，真空釜与气液分离器之间设有导热介质冷却装置，导热介质冷却装置通过三通阀连接在加热管与气液分离器之间的连通管道上。

8.根据权利要求7所述的表面改性设备，其特征在于，所述导热介质冷却装置为管式换热器，管式换热器连接有循环水泵，循环水泵用于连接冷却水源。

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