氣相二氧化硅的分散

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一、氣相二氧化硅的基本性質(zhì)

氣相二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一。由于其粒徑很小，因此比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能。其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性廣泛應(yīng)用于高分子復(fù)合材料、硅橡膠、涂料、電子封裝材料、陶瓷、塑料、玻璃鋼、密封劑、造紙、食品、化妝品、化學(xué)機(jī)械拋光等行業(yè)，可起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、消光等作用，它是一種在世界范圍內(nèi)真正工業(yè)化的納米材料。

氣相二氧化硅為無(wú)定形白色粉末，是一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染的無(wú)機(jī)納米材料，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其表面存在不飽和鍵和不同鍵態(tài)的羥基。因其表面欠氧而偏離了穩(wěn)定的硅氧鍵結(jié)構(gòu)，故其分子式可以表達(dá)成：SiO2-X，其中 X在 0.4~0.8之間。氣相二氧化硅的體積效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)使其產(chǎn)生滲透作用，可深入到高分子化合物的兀鍵附近，與其電子云發(fā)生重疊 ，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ，從而大幅度提高高分子材料的力學(xué)強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐老化性等 。

如氣相二氧化硅改性環(huán)氧樹(shù)脂中，由于氣相二氧化硅表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧環(huán)狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分納米二氧化硅顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，表現(xiàn)很高的流動(dòng)性，從而使納米二氧化硅添加的環(huán)氧樹(shù)脂材料強(qiáng)度、韌性、延展性均大幅度提高。

二、分散的問(wèn)題

如何讓氣相二氧化硅有效發(fā)揮作用的關(guān)鍵是確保其在樹(shù)脂中獲得充分的分散。由于氣相二氧化硅是一個(gè)非常輕的粉末，比表面積大，因此很容易漂浮在液體上面，粉塵飛揚(yáng)，需要很長(zhǎng)的加工時(shí)間來(lái)使粉體完全潤(rùn)濕在液相中。而長(zhǎng)時(shí)間的分散會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱、結(jié)皮、老化，最后分散的均勻度不盡如意。常規(guī)氣相二氧化硅在樹(shù)脂等領(lǐng)域加料方式是使用氣動(dòng)隔膜泵把粉體打到粉體處理罐內(nèi)，或者直接進(jìn)行投料到罐體內(nèi)，再通過(guò)高速分散機(jī)將粉體均勻混合到乳液中。

目前由于行業(yè)的特點(diǎn)，有相當(dāng)多的企業(yè)分散設(shè)備十分落后，只能滿足基本的需求，分散時(shí)根本形成不了剪切力，只是一種攪拌，氣相二氧化硅在樹(shù)脂中根本形成不了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而無(wú)法發(fā)揮材料的性能。造成這種情況的主要原因：1. 尚未對(duì)分散的作用有正確的認(rèn)識(shí)．許多生產(chǎn)商并未意識(shí)到分散的重要性；2. 不知道對(duì)最終產(chǎn)品的品質(zhì)如何評(píng)價(jià)，如何在市場(chǎng)中貫徹和體現(xiàn)這種評(píng)價(jià)。一些生產(chǎn)膠衣的中小企業(yè)往往過(guò)于市場(chǎng)化，對(duì)其產(chǎn)品的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是他們的用戶是否接收產(chǎn)品，有無(wú)退貨。玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)須懂得這些評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。否則，不良產(chǎn)品會(huì)占有市場(chǎng)，并威脅到優(yōu)良產(chǎn)品的生存。
    高速分散機(jī)發(fā)明于上世紀(jì)中葉且仍在當(dāng)今樹(shù)脂涂料的生產(chǎn)上使用。 此類(lèi)設(shè)備存在眾多缺點(diǎn)和制約，對(duì)成品生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。傳統(tǒng)的高速分散機(jī)是簡(jiǎn)單的自由旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)片，其圓周上有向上和向下彎曲的齒。由于轉(zhuǎn)動(dòng)的分散盤(pán)與容器的靜態(tài)壁之間的距離較寬，剪切速率非常低：大約只有 50S-1。在如此低的剪切速率下產(chǎn)生的剪切力，高速分散機(jī)需要非常高粘度的液體或至少產(chǎn)品具有剪切增厚或膨脹的流變特性。一旦粘產(chǎn)品度較低，高速分散的效果就會(huì)極具降低。

不知道大家是否有過(guò)思考一個(gè)問(wèn)題，原本很細(xì)的顆粒為何從干粉制成漿料時(shí)就會(huì)產(chǎn)生大的團(tuán)聚體顆粒呢？粉體可以認(rèn)為是一種在空氣中的漿料，粉體之間存在著大量的空氣通?？諝夂靠蛇_(dá)75%至95%。如果要把氣相二氧化硅制備成漿料即分散到樹(shù)脂或溶劑中去，需要把氣-固界面轉(zhuǎn)化成氣-液界面也即是需要把二氧化硅的表面進(jìn)行充分的潤(rùn)濕。通常氣相二氧化硅的比表面積要遠(yuǎn)大于一般粉體，需要更多液體比表面積更迅速的去潤(rùn)濕氣相二氧化硅顆粒，否則就會(huì)產(chǎn)生更多更大的團(tuán)聚體。然而傳統(tǒng)的高速分散僅能提供非常有限的液體比表面積，因此在粉體和液體的接觸瞬間粉體就立即形成團(tuán)聚體，進(jìn)而需要后期花費(fèi)大量的時(shí)間再進(jìn)行分散。但是當(dāng)生產(chǎn)體系溫度一旦上升，樹(shù)脂產(chǎn)品的粘度就迅速降低，此時(shí)高速分散的剪切力也迅速降低，對(duì)氣相二氧化硅的分散效果就會(huì)大大的影響。

三 ystral Conti-TDS在真空下的潤(rùn)濕分散

Ystral是一家分散攪拌設(shè)備制造企業(yè)，總部位于法國(guó)和瑞士邊境旁邊的巴登州Ballrechten-Dottingen。專(zhuān)注于方案設(shè)計(jì)以及制造個(gè)性化攪拌機(jī)、分散機(jī)和粉料潤(rùn)濕機(jī)以及專(zhuān)用攪拌設(shè)備、分散設(shè)備和面向流體機(jī)械工藝的粉料潤(rùn)濕設(shè)備。除攪拌、分散和粉料潤(rùn)濕以外，工藝技術(shù)還包括乳化、均質(zhì)化和攪拌分散。其首創(chuàng)的Conti-TDS技術(shù)可以通過(guò)高速剪切來(lái)增大液體的比表面積至上百萬(wàn)倍，可以瞬間潤(rùn)濕分散所有顆粒, 粒徑分布更窄。

工作步驟：

步驟1： 在罐內(nèi)加入液體部分，與機(jī)器循環(huán)在分散腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)非常強(qiáng)的真空高達(dá)95%。

步驟2：利用這個(gè)真空，機(jī)器可以直接從袋子、包袋的傾倒站、粉料斗、各種桶、容器和大袋中吸入粉體，使粉料進(jìn)入液體。在真空下顆粒間的距離被膨脹拉大。

步驟3：顆粒進(jìn)入最大真空發(fā)生區(qū)及剪切區(qū)時(shí)開(kāi)始被液體包裹。

步驟4：顆粒隨液體進(jìn)入壓力區(qū)，液體隨壓力進(jìn)行爆破每個(gè)顆粒。

所有的粉體顆粒在接觸液體的瞬間都必須完全經(jīng)過(guò)真空下的破碎，所有顆粒都要進(jìn)行潤(rùn)濕以及分散。而且即使產(chǎn)品溫度升高粘度降低，但是在轉(zhuǎn)子與定子之間狹小的縫隙間的剪切力也保持不變。

真空破碎下的優(yōu)勢(shì)

1.     效率高，Conti-TDS大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間。20~30噸的批次UPR生產(chǎn)也僅需要1~2小時(shí)即可。

2.     無(wú)污染， 通過(guò)真空吸入Conti-TDS，配合無(wú)塵投料站和粉倉(cāng)科實(shí)現(xiàn)無(wú)污染。

3.     質(zhì)量穩(wěn)定，氣相二氧化硅粉通過(guò)Conti-TDS處理使粉體顆粒能一次性均勻的分散在液體中。產(chǎn)品的觸變性及一致性均能提高。

4． 綜合成本低，采用Conti-TDS降低產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，降低物料的損耗，操作和使用方便，降低維護(hù)成本。

雖然國(guó)內(nèi)有廠家也在仿照類(lèi)似設(shè)備，但是技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)是需要時(shí)間的沉積才能越發(fā)成熟可靠。Ystral開(kāi)創(chuàng)性的真空下的破碎技術(shù)在經(jīng)過(guò)過(guò)去30年不斷的發(fā)展，設(shè)備工藝工程技術(shù)等已經(jīng)進(jìn)行了充分得完善和累積，已經(jīng)在眾多全球知名企業(yè)中得到大量應(yīng)用并得到認(rèn)可，是您值得信賴(lài)的伙伴。