一种用于粉体填料表面改性的装置及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于粉体填料表面改性的装置及其使用方法，属于材料制备领 域。
【背景技术】
[0002] W粉体填料改性或增强的塑料、树脂、橡胶等高分子材料W其优异的性能在国民 生活中获得越来越广泛的应用。白炭黑作为一种典型的纳米补强填料，成为树脂、橡胶中 不可或缺的组份，尤其在具有良好的耐高溫、耐低溫、耐老化等优异性能的有机娃橡胶行业 中，经白炭黑补强后的有机娃橡胶才能具备满足使用性能要求的力学性能，从而使得其优 异的特性获得体现。根据制备方法的不同分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑，尽管两者的 制备工艺完全不同，但是其表面都存在大量的径基，使得白炭黑表面表现出强亲水性，一定 量的白炭黑在与娃橡胶混合后，使娃橡胶的粘度迅速增大，导致娃橡胶的工艺性能下降，甚 至达不到娃橡胶的补强效果。运就需要对白炭黑表面进行改性处理，减少白炭黑表面的径 基数量，使白炭黑表面由亲水性变为疏水性，使娃橡胶获得良好的补强效果的同时具有良 好的工艺性能，从而满足娃橡胶粘接密封材料的使用性能要求。
[0003] 白炭黑的表面改性处理就是利用一定的改性剂通过一定的工艺方法使得白炭黑 的表面径基与改性剂发生反应，消除或减少其表面活性径基，W达到改变表面性质的目的。 白炭黑的表面改性技术可分为两类：一类是使用改性剂对白炭黑进行预处理，运些改性剂 包括有机面化硅烷、硅氧烷、硅烷偶联剂、娃氮烧、铁酸醋、硬脂酸等小分子量的液体或一定 分子量的低聚硅氧烷。对于白炭黑的改性研究正是基于运些改性剂的选择及其对应的实现 工艺展开优化的工作，不同的改性剂及其相应的改性工艺各有其优缺点。采用有机面化娃 烧[JP昭57-30803，EP251176，USP4554147]处理白炭黑的工艺过程中会产生大量的腐蚀性 极强的氯化氨气体，需要增加额外的除酸工艺，并且改性工艺需在300~600°C的高溫下进 行，耗能高、对设备的高溫腐蚀性要求高。采用硅氧烷[沈阳工业大学硕±论文，2006]、娃 烧偶联剂[〔化015142634，〔化022200364]、娃氮烧[有机娃材料，2010(24):37-39]、铁酸醋 [应用化工，2007 (36) :703-704]、低聚硅氧烷扣SP3532664]等改性剂时，在改性过程中虽 不会产生强腐蚀性的氯化氨气体，但需要采用高溫、长时间加热的预处理工艺或添加大量 助剂（如甲醇、乙醇水、甲苯、二甲苯等）来提高改性剂与白炭黑表面的接触几率从而尽量 使得白炭黑表面处理均匀，运就导致处理周期长、耗能高，改性剂的用量远大于理论用量， 且通常还要增加为除去所用助剂所必需的后续洗涂、烘干、粉碎等工艺过程，伴随着该后处 理过程产生大量的所用助剂废物，因而该类处理方法的成本高。另一类处理方法是将运些 改性剂作为娃橡胶粘接密封材料配方的一个组份，在娃橡胶的捏合、混炼加工过程中使用， 此类处理方法省去了加热处理过程，同时改性剂的用量较少，但该类方法的处理程度及均 匀性有限，只适合对娃橡胶粘接密封材料的性能要求相对较低的应用领域。因此，需要发展 一种简便的白炭黑表面处理方法，处理工艺过程简便、高效，耗能低且处理效果好。
[0004] 在白炭黑的众多改性方法中，核屯、关键技术是如何实现改性剂与白炭黑的均 匀分布，运就需要相应的设备来实现，目前多采用耐高溫、耐一定压力的反应蓋类设备 扣肥021075421]，有机娃材料，2010(24):37-39]、固定床、振动流化床[沈阳工业大学硕± 论文，2006]、烘箱[应用化工，2007 (36) :703-704]、管式电阻炉[化工进展，2005(24): 1265-126引、超声或高速剪切分散[CN102220036A]等，运些改性工艺方法的实现，均需要 高溫的条件，甚至需要大量的溶剂或助剂来辅助实现，且为间歇式改性工艺，因此耗能高、 处理效率低。如何实现高效、简便的连续式工艺来处理白炭黑或粉体填料成为材料制备领 域的难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种用于粉体填料表面改性的装置及其使用方法，本发明能 用于连续对粉体填料的改性处理，处理过程简便、高效，耗能低且处理效果好。
[0006] 本发明提供的用于粉体填料表面改性的装置，它包括粉体加料装置、液体加料装 置、改性机和收集装置；
[0007] 所述粉体加料装置包括粉体填料物料罐I和与之相连接的计量累I;
[0008]所述液体加料装置包括改性剂物料罐II和与之相连的计量累II，且所述计量累I 和所述计量累II相连，所述计量累II与所述改性机相连；
[0009] 所述收集设备包括收集器和与之出料口相连的物料罐III，所述收集器的进料口与 所述改性机相连。
[0010] 上述的装置中，所述收集器还连接有风机和压缩机。
[0011] 上述的装置中，所述用于粉体填料改性的装置还包括干燥装置；
[0012] 所述干燥装置包括依次相连的喂料机、流体干燥器、热交换器、载气干燥机和副产 物储罐，所述热交换器和所述载气干燥机还均与载气储罐相连；
[0013] 所述喂料机与所述物料罐III相连，所述流体干燥器还与物料罐IV连接。
[0014] 上述的装置中，所述用于粉体填料改性的装置还包括包装设备；
[0015] 所述包装设备包括压缩包装机和与之相连的包装袋机；
[0016] 所述压缩包装机与所述物料罐IV相连。
[0017] 上述的装置中，所述收集装置之后还连接液体加料装置I、改性机I和收集装置 I;
[0018] 所述液体加料装置I包括计量累IV和与之相连接的改性剂物料罐V;
[0019] 所述收集装置I包括收集器I和与之出料口相连的物料罐VI，所述收集器I还连 接有风机I和压缩机I;
[0020] 所述物料罐III之后依次连接计量累III、改性机I和收集器I;
[0021] 所述计量累III还与所述计量累IV相连接。
[0022] 本发明中，所述收集装置之后还可连接液体加料装置II、改性机II和收集装置 II;
[0023] 液体加料装置II包括计量累VI和与之相连接的改性剂物料罐W;
[0024]所述收集装置II包括收集器II和与之出料口相连的物料罐W，所述收集器II还连 接有风机II和压缩机II;
[00巧]所述物料罐VI之后依次连接计量累V、改性机II和收集器II;
[00%] 所述计量累V还与所述计量累VI相连接；
[0027] 为了能对粉体填料进一步改性，所述收集装置之后还可连接液体加料装置IV、V、VI……，改性机IV、V、VI……，收集装置IV、V、VI……；及其相应的连接。
[002引本发明还提供了上述的装置制备改性的粉体填料的方法，包括如下步骤：
[0029] 1)将粉体填料通过粉体加料装置加入到改性机中，同时将改性剂通过液体加料 装置加入到所述改性机中，使所述粉体填料和所述改性剂混合，反应，得到预处理的粉体填 料；
[0030] 2)将上述预处理的粉体填料通过收集设备收集，经计量累m加入到改性机I中， 同时将所述改性剂通过液体加料装置I加入到所述改性机I中，使所述预处理的粉体填料 和所述改性剂混合，反应，即得到所述改性的粉体填料。
[0031] 所述方法中，具体包括如下步骤：
[0032] 1)将粉体填料加入所述粉体填料物料罐I中，经所述计量累I流向所述改性机， 同时将改性剂加入所述改性剂物料罐II中经所述计量累II流向所述改性机，在所述电机驱 动下所述改性机将所述粉体填料和所述改性剂混合反应；在所述风机的牵引下将改性后的 粉体填料和副产物引入所述收集器，收集的所述改性后的粉体填料和所述副产物经所述压 缩机的压缩进入所述物料罐III中；
[0033] 2)将步骤1)中所述物料罐III收集的混合物，通过所述计量累III计量流向改性机 I;同时将所述改性剂加入到加入所述改性剂物料罐V中，通过所述计量累IV流经所述计 量累III中流向所述改性机I，在电机I驱动下所述改性机I将所述混合物和所述改性剂混 合反应；在所述风机I的牵引下将反应后的体系混合物引入所述收集器I，收集的所述体 系混合物经所述压缩机I进入所述物料罐VI，即得到所述改性的粉体填料。
[0034] 本发明中，步骤2)之后还包括将步骤2)处理的粉体填料通过收集设备II收集，经 计量累IV加入到改性机III中，同时将所述改性剂通过液体加料装置m加入到所述改性机III 中，使所述处理的填料和所述改性剂混合，反应的步骤；
[0035] 经上述3次改性处理的填料还可继续通过收集设备III收集，经计量累V加入到改 性机IV中，同时将所述改性剂通过液体加料装置IV加入到所述改性机IV中，使所述处理的 填料和所述改性剂混合，反应，得到4次改性处理的填料；所述4次改性处理的填料可依次 进行5、6、……次改性处理，具体可为收集设备III、收集设备IV、……收集，经计量累VI、计 量累W、……加入到改性机V、改性机VI、……中，使所述处理的粉体填料和所述改性剂