摘要：本文通過對硅微粉進行改性的方法、設備、設備工作原理、改性劑等方面的分析，得出影響改性硅微粉的白度、電導率，給出并實施了解決方法，取得的較好的效果。
　　關鍵詞：硅微粉改性、高速混合機、陶瓷片、電導率、槳葉、白度
　　前言
　　粉體表面改性設備較多，應用最為廣泛的是高速混合機（高攪機）設備和冷卻系統組成的改性系統，我廠的改性設備是有高速混合機（高攪機）加分級機和收塵器，分級機和收塵器的主要用途是把改性的粉體分級并剔除大顆粒假顆粒，同時由于抽風產生負壓就具備了冷卻的功效。
　　1、硅微粉的改性設備及工藝
　　⑴、主要工藝流程;
　　填料→加熱、干燥→加入改性劑→打散、降溫→收集改性產品。
　　⑵、主要改性設備：
　　高速混合機（高攪機）是由回轉蓋、混合鍋、內外夾層、葉輪攪拌裝置、折流板、電機機應等裝置構成，如圖⒈：
　　                                          
　　                                                                                圖⒈
　　高速混合機組，通過內層加熱及葉輪高速轉動，葉輪表面與物料摩擦和物料與鍋體內壁摩擦產生熱，使粉體干燥脫水，在達到一定溫度以上后，加入改性劑如硅烷或偶聯劑溶化霧化使粉體吸附反應。高速旋轉的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動，離心力物料被拋起，重力上升一定高度后由落回，折流板形成窄流區產生渦流形成分散混合。物料改性后經過分級進入收塵器，邊降溫，邊分散，邊打散大顆粒。
　　⑶、改性機理：表面改性機理主要是兩個方面，即表面改性劑同物料表面的相互作用和表面改性劑同有機樹脂之間的相互作用。
　　其一是改性劑同物料之間的相互作用：硅烷偶聯劑在無機物料表面的作用機理是化學鍵；氫鍵；物理吸附；形成交聯結構的覆蓋物質；從表面排出水等，這些作用都有助于表面的粘接，一定溫度下加入硅烷的同時，硅烷在高攪機內與熱空氣接觸發生水解反應；顆粒表面的羥基與硅烷的水解物結合、脫水；硅烷之間縮聚成低聚合物；低聚合物和無機表面的羥基形成氫鍵，通過加熱干燥，發生脫水反應，使顆粒表面極性較高的羥基轉變成極性較低的醚鍵，于是顆粒表面為-R基（R是能和有機物相結合的疏水性集基團）所覆蓋，形成界面區域。鈦酸酯偶聯劑能與物料表面的自由質子發生反應，從而在物料表面形成有機單分子層。
　　其二是改性劑同有機樹脂之間的相互作用：表面改性劑和聚合物作用的機理是化學鍵；形成應力傳遞的界面層；改善聚合物的浸潤性；改善相容性；增加表面粗糙度；形成隔水層。
　　2、高速加熱混合機(高攪機)的工作原理
　　⑴、混合原理：
　　當高攪機工作時，高速旋轉的葉輪借助表面與物料的摩擦力側面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動。同時由于離心力的作用，物料被拋向混合室內壁，并沿壁面上升到一定高度后因重力作用又回到葉輪中心，接著又被拋起。這種上升運動與切向運動的結合，使物料實際上處于連續的螺旋狀上、下運動狀態。由于葉輪速度很高，物料運動速度也很快。快速運動著的物料顆粒之間相互碰撞、摩擦、使得團塊破碎物料溫度相應升高，同時迅速的進行交叉混合。這種作用促進了物料的分散和對液體添加劑（表面改性劑）的均勻吸附，混合室內的折流板進一步攪亂物料的流太，使物料形成無規運動，并在折流板附近形成很強的渦流。對于高位安裝的葉輪，物料在葉輪上形成了連續交叉流動，使混合更快、更均勻。混合結束后物料在葉輪作用下由排料口排除。如圖2.：
　　                                          
　　                                                                                            圖2
　　高速混合機的表面改性效果與許多因素有關，主要有葉輪的形狀與旋轉速度、物料溫度、物料在混合室的充滿程度（即填充率）、混合時間、添加劑的加入方式和用量等。高速混合機是一種間歇式的批量粉體改性設備，它的處理時間可長可短適合中小批量粉體的表面化學包覆改性。
　　⑵、高攪機的材質、硅微粉的影響：
　　目前國內的高攪機桶內和槳葉壁主要由304型號的不銹鋼件，夾層裝有發熱板和導熱油，其主要功能是加熱，通過導熱油傳遞給物料，讓物料升溫。304型號的不銹鋼具有耐腐蝕、耐沖擊、耐壓和抗收縮膨脹性強。我們在改性物料時，由于是間歇性的，需要不斷地加熱、冷卻，所以需要抗收縮膨脹性強的材料，但是該材料抗摩擦性能低，用于膨潤土、碳酸鈣等硬度低的物料時，效果相當好。用于硅微粉時有一些問題，硅微粉的礦物是石英，莫氏硬度為7，當硅微粉與槳葉及硅微粉與桶壁之間相對處于高速運動時，他們的相對線速度相當高，粉體與金屬表面產生巨大的摩擦力，除了產生熱量外還產生電荷，它們都是無機極性物質，導致粉體表面吸附大量的金屬分子。當加入改性劑后，改性劑包裹著、連接著粉體金屬顆粒，成為一體，導致了兩個結果：其一是改性后的粉體電導率增加，其二是白度降低。用1000目白度為95.8的硅微粉進行改性，改性劑為KH560，改性后白度為87.5，降低了8.5個點。如表一（白度對比圖）
　　表一改性前后對比表
　                       　　
　　4、改進方法
　　為了提高改性物料的白度和不增加電導率，我們采取了如下措施。一是阻止物料與桶壁的直接接觸。二是提高槳葉的硬度（改進槳葉）。
　　⑴、阻止物料與桶壁接觸處理方法
　　ⅰ、由于同內壁帶有弧形，我們用環氧樹脂粘貼10×10mm的小陶瓷片，剛開始時效果很好。但是，由于改性過程中溫度上升較高（最高到186℃）加上間斷地反復受熱、冷確，加速了環氧樹脂的老化，粘接力降低,瓷片脫落，損壞槳葉。
　　ⅱ、用10×1mm的薄瓷片粘貼，但環氧樹脂的老化太快，無法經受高溫，任然粘接不牢固，雖然脫落后不容易損壞槳葉，但是物料中夾有瓷片，嚴重影響質量。
　　ⅲ、通過咨詢許多專家，考察方案，我們從拱橋上獲得靈感，用弧形磚加耐高溫膠粘貼，由于是拱形，它受力時相互擠壓更緊，不會脫落。我廠的高攪機為500型，經過多方尋找，山東某一廠商有與我廠桶壁弧度一樣的20×100mm瓷磚。粘貼后，除了排料口受力弱以外，其余的粘接得比較牢固。為了解決排料口受力為題，我們通過研究，發現底層班上是實心的不銹鋼鍋底，這樣，我們就焊接上螺帽，作為支撐點。通過以上措施，效果相當好。處理后的桶壁圖3.
　　                          
　　
　　                                                                                                       圖3.
　　⑵、槳葉處理
　　ⅰ、為了增加槳葉的硬度，通過技術手段，在將葉表面滲氮，滲氮后不銹鋼槳葉表面硬度為9，厚度30絲，滲氮后。用400目白度為93.2的硅微粉進行改性，改性劑用KH560，第一鍋改性后白度為92.1，降低了1.1個點。第二鍋改后白度為90.1，降低了2.1個點。第三鍋改后白度為88.9，降低了5.4個點。從第三鍋開始，白度逐漸降低，第四鍋后就降低到89以下。取出槳葉發現，下、中槳葉表面最外部已經磨蝕了，帶有細微條痕溝槽。說明高速旋轉的槳葉與微粉之間的表面摩擦力、線速度相當大。
　　ⅱ、槳葉表面粘貼陶瓷片，在原來的槳葉通過打磨，迎風表面用特殊膠粘貼一層7字型的小陶瓷片，后面粘貼一層陶瓷片。經過這樣處理后，開始效果還可以，但是由于槳葉旋轉離心力大，與硅微粉摩擦后槳葉升溫過快，只是靠粘接的力量難以承受如此頻繁升溫、降溫及離心力，所以還是脫落。
　　ⅲ、根據桶體形狀，重新設計一套槳葉，槳葉的迎風面呈楔形，其上打有螺紋孔，可以用螺絲固定瓷片，背風面設計有固定卡槽，使陶瓷片卡槽內不會脫落，用耐高溫膠粘貼后再用螺絲固定。
　　5、結果
　　ⅰ、對桶壁和槳葉的處理后，先試驗一鍋400目白度為93.3的硅微粉進行改性，用KH560改性劑來改性，改性后白度為92.3，降低了1.5。用1000目的硅微粉，改性前白度為95.5，改性劑同樣用KH560，改完后白度為94.2，進行多鍋次改性，白度降低1-2個點。同樣的改性劑，用1250目白度為96.6的硅微粉反復改性幾鍋，改性后的硅微粉白度為95.6，也降低1至2個點。改性效果如表：
　                                                                         　表二

                        
　　　ⅱ、用1000目白度為95.6的硅微粉，改性劑用KH560和鈦酸酯進行復合改性，改性完后白度為93.2，白度降低2.4個點。
　　ⅲ、用400目白度為93的硅微粉倒入高攪機中，不加改性劑進行同樣的程序，完后，白度為92.6，降低了0.4個點。用1000目白度為95.5的硅微粉倒入高攪機中，不加改性劑進行同樣的程序，完后白度為95.0，白度降低0.5個點。電導率不變。
　　6、總結
　　由上述試驗可以得出，硅微粉改性后，白度的影響主要是改性劑和改性設備，而改性劑是物料，它不會對硅微粉造成二次污染。設備上的物質進入物料后，對硅微粉造成了二次污染，不但嚴重影響白度，還影響電導率。通過這次對設備的技術改造，克服了這方面的因素，取得了階段性的勝利。但改性工藝是相當復雜的，它涉及到改性溫度臺階的控制、加入改性劑的時段、加入方法、加完改性劑后的攪拌時間等等。我們需要不停地學習、探索、總結、從而找出更好的、節省成本的、為客戶提供好用的產品的工藝路線，為廠爭取更大的經濟效益。
　　參考資料：
　　﹝1﹞、張世禮：《啟星機械手冊》，2008年
　　﹝2﹞、盧壽慈等：《粉體技術手冊》，化學工業出版社
　　﹝3﹞、蓋國勝等：《超細粉碎分級技術》，中國輕工出版社
　　﹝4﹞、張國旺等:：《超細粉碎設備及其應用》，冶金工業出版社