摘要：本文通过对硅微粉进行改性的方法、设备、设备工作原理、改性剂等方面的分析，得出影响改性硅微粉的白度、电导率，给出并实施了解决方法，取得的较好的效果。
关键词：硅微粉改性、高速混合机、陶瓷片、电导率、桨叶、白度
前言
粉体表面改性设备较多，应用最为广泛的是高速混合机（高搅机）设备和冷却系统组成的改性系统，我厂的改性设备是有高速混合机（高搅机）加分级机和收尘器，分级机和收尘器的主要用途是把改性的粉体分级并剔除大颗粒假颗粒，同时由于抽风产生负压就具备了冷却的功效。
1、硅微粉的改性设备及工艺
⑴、主要工艺流程;
填料→加热、干燥→加入改性剂→打散、降温→收集改性产品。
⑵、主要改性设备：
高速混合机（高搅机）是由回转盖、混合锅、内外夹层、叶轮搅拌装置、折流板、电机机应等装置构成，如图⒈：
图⒈
高速混合机组，通过内层加热及叶轮高速转动，叶轮表面与物料摩擦和物料与锅体内壁摩擦产生热，使粉体干燥脱水，在达到一定温度以上后，加入改性剂如硅烷或偶联剂溶化雾化使粉体吸附反应。高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动，离心力物料被抛起，重力上升一定高度后由落回，折流板形成窄流区产生涡流形成分散混合。物料改性后经过分级进入收尘器，边降温，边分散，边打散大颗粒。
⑶、改性机理：表面改性机理主要是两个方面，即表面改性剂同物料表面的相互作用和表面改性剂同有机树脂之间的相互作用。
其一是改性剂同物料之间的相互作用：硅烷偶联剂在无机物料表面的作用机理是化学键；氢键；物理吸附；形成交联结构的覆盖物质；从表面排出水等，这些作用都有助于表面的粘接，一定温度下加入硅烷的同时，硅烷在高搅机内与热空气接触发生水解反应；颗粒表面的羟基与硅烷的水解物结合、脱水；硅烷之间缩聚成低聚合物；低聚合物和无机表面的羟基形成氢键，通过加热干燥，发生脱水反应，使颗粒表面极性较高的羟基转变成极性较低的醚键，于是颗粒表面为-R基（R是能和有机物相结合的疏水性集基团）所覆盖，形成界面区域。钛酸酯偶联剂能与物料表面的自由质子发生反应，从而在物料表面形成有机单分子层。
其二是改性剂同有机树脂之间的相互作用：表面改性剂和聚合物作用的机理是化学键；形成应力传递的界面层；改善聚合物的浸润性；改善相容性；增加表面粗糙度；形成隔水层。
2、高速加热混合机(高搅机)的工作原理
⑴、混合原理：
当高搅机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时由于离心力的作用，物料被抛向混合室内壁，并沿壁面上升到一定高度后因重力作用又回到叶轮中心，接着又被抛起。这种上升运动与切向运动的结合，使物料实际上处于连续的螺旋状上、下运动状态。由于叶轮速度很高，物料运动速度也很快。快速运动着的物料颗粒之间相互碰撞、摩擦、使得团块破碎物料温度相应升高，同时迅速的进行交叉混合。这种作用促进了物料的分散和对液体添加剂（表面改性剂）的均匀吸附，混合室内的折流板进一步搅乱物料的流太，使物料形成无规运动，并在折流板附近形成很强的涡流。对于高位安装的叶轮，物料在叶轮上形成了连续交叉流动，使混合更快、更均匀。混合结束后物料在叶轮作用下由排料口排除。如图2.：
图2
高速混合机的表面改性效果与许多因素有关，主要有叶轮的形状与旋转速度、物料温度、物料在混合室的充满程度（即填充率）、混合时间、添加剂的加入方式和用量等。高速混合机是一种间歇式的批量粉体改性设备，它的处理时间可长可短适合中小批量粉体的表面化学包覆改性。
⑵、高搅机的材质、硅微粉的影响：
目前国内的高搅机桶内和桨叶壁主要由304型号的不锈钢件，夹层装有发热板和导热油，其主要功能是加热，通过导热油传递给物料，让物料升温。304型号的不锈钢具有耐腐蚀、耐冲击、耐压和抗收缩膨胀性强。我们在改性物料时，由于是间歇性的，需要不断地加热、冷却，所以需要抗收缩膨胀性强的材料，但是该材料抗摩擦性能低，用于膨润土、碳酸钙等硬度低的物料时，效果相当好。用于硅微粉时有一些问题，硅微粉的矿物是石英，莫氏硬度为7，当硅微粉与桨叶及硅微粉与桶壁之间相对处于高速运动时，他们的相对线速度相当高，粉体与金属表面产生巨大的摩擦力，除了产生热量外还产生电荷，它们都是无机极性物质，导致粉体表面吸附大量的金属分子。当加入改性剂后，改性剂包裹着、连接着粉体金属颗粒，成为一体，导致了两个结果：其一是改性后的粉体电导率增加，其二是白度降低。用1000目白度为95.8的硅微粉进行改性，改性剂为KH560，改性后白度为87.5，降低了8.5个点。如表一（白度对比图）
表一改性前后对比表
4、改进方法
为了提高改性物料的白度和不增加电导率，我们采取了如下措施。一是阻止物料与桶壁的直接接触。二是提高桨叶的硬度（改进桨叶）。
⑴、阻止物料与桶壁接触处理方法
ⅰ、由于同内壁带有弧形，我们用环氧树脂粘贴10×10mm的小陶瓷片，刚开始时效果很好。但是，由于改性过程中温度上升较高（最高到186℃）加上间断地反复受热、冷确，加速了环氧树脂的老化，粘接力降低,瓷片脱落，损坏桨叶。
ⅱ、用10×1mm的薄瓷片粘贴，但环氧树脂的老化太快，无法经受高温，任然粘接不牢固，虽然脱落后不容易损坏桨叶，但是物料中夹有瓷片，严重影响质量。
ⅲ、通过咨询许多专家，考察方案，我们从拱桥上获得灵感，用弧形砖加耐高温胶粘贴，由于是拱形，它受力时相互挤压更紧，不会脱落。我厂的高搅机为500型，经过多方寻找，山东某一厂商有与我厂桶壁弧度一样的20×100mm瓷砖。粘贴后，除了排料口受力弱以外，其余的粘接得比较牢固。为了解决排料口受力为题，我们通过研究，发现底层班上是实心的不锈钢锅底，这样，我们就焊接上螺帽，作为支撑点。通过以上措施，效果相当好。处理后的桶壁图3.
图3.
⑵、桨叶处理
ⅰ、为了增加桨叶的硬度，通过技术手段，在将叶表面渗氮，渗氮后不锈钢桨叶表面硬度为9，厚度30丝，渗氮后。用400目白度为93.2的硅微粉进行改性，改性剂用KH560，第一锅改性后白度为92.1，降低了1.1个点。第二锅改后白度为90.1，降低了2.1个点。第三锅改后白度为88.9，降低了5.4个点。从第三锅开始，白度逐渐降低，第四锅后就降低到89以下。取出桨叶发现，下、中桨叶表面最外部已经磨蚀了，带有细微条痕沟槽。说明高速旋转的桨叶与微粉之间的表面摩擦力、线速度相当大。
ⅱ、桨叶表面粘贴陶瓷片，在原来的桨叶通过打磨，迎风表面用特殊胶粘贴一层7字型的小陶瓷片，后面粘贴一层陶瓷片。经过这样处理后，开始效果还可以，但是由于桨叶旋转离心力大，与硅微粉摩擦后桨叶升温过快，只是靠粘接的力量难以承受如此频繁升温、降温及离心力，所以还是脱落。
ⅲ、根据桶体形状，重新设计一套桨叶，桨叶的迎风面呈楔形，其上打有螺纹孔，可以用螺丝固定瓷片，背风面设计有固定卡槽，使陶瓷片卡槽内不会脱落，用耐高温胶粘贴后再用螺丝固定。
5、结果
ⅰ、对桶壁和桨叶的处理后，先试验一锅400目白度为93.3的硅微粉进行改性，用KH560改性剂来改性，改性后白度为92.3，降低了1.5。用1000目的硅微粉，改性前白度为95.5，改性剂同样用KH560，改完后白度为94.2，进行多锅次改性，白度降低1-2个点。同样的改性剂，用1250目白度为96.6的硅微粉反复改性几锅，改性后的硅微粉白度为95.6，也降低1至2个点。改性效果如表：
表二
ⅱ、用1000目白度为95.6的硅微粉，改性剂用KH560和钛酸酯进行复合改性，改性完后白度为93.2，白度降低2.4个点。
ⅲ、用400目白度为93的硅微粉倒入高搅机中，不加改性剂进行同样的程序，完后，白度为92.6，降低了0.4个点。用1000目白度为95.5的硅微粉倒入高搅机中，不加改性剂进行同样的程序，完后白度为95.0，白度降低0.5个点。电导率不变。
6、总结
由上述试验可以得出，硅微粉改性后，白度的影响主要是改性剂和改性设备，而改性剂是物料，它不会对硅微粉造成二次污染。设备上的物质进入物料后，对硅微粉造成了二次污染，不但严重影响白度，还影响电导率。通过这次对设备的技术改造，克服了这方面的因素，取得了阶段性的胜利。但改性工艺是相当复杂的，它涉及到改性温度台阶的控制、加入改性剂的时段、加入方法、加完改性剂后的搅拌时间等等。我们需要不停地学习、探索、总结、从而找出更好的、节省成本的、为客户提供好用的产品的工艺路线，为厂争取更大的经济效益。
参考资料：
﹝1﹞、张世礼：《启星机械手册》，2008年
﹝2﹞、卢寿慈等：《粉体技术手册》，化学工业出版社
﹝3﹞、盖国胜等：《超细粉碎分级技术》，中国轻工出版社
﹝4﹞、张国旺等:：《超细粉碎设备及其应用》，冶金工业出版社
