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無機新材料之一。由于其粒徑很小，因此比表面積大，表面吸附力強，表面能大，化學純度高、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、補強性、增稠性和觸變性廣泛應用于高分子復合材料、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、化學機械拋光等行業(yè)，可起到補強、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。

氣相二氧化硅為無定形白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的無機納米材料，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構，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，故其分子式可以表達成：SiO2-X，其中 X在 0.4~0.8之間。氣相二氧化硅的體積效應和量子隧道效應使其產(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 ，從而大幅度提高高分子材料的力學強度、韌性、耐磨性、耐老化性等 。

如氣相二氧化硅改性環(huán)氧樹脂中，由于氣相二氧化硅表面嚴重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點，使它表現(xiàn)出極強的活性，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)很高的流動性，從而使納米二氧化硅添加的環(huán)氧樹脂材料強度、韌性、延展性均大幅度提高。

二、分散的問題

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

目前由于行業(yè)的特點，有相當多的企業(yè)分散設備十分落后，只能滿足基本的需求，分散時根本形成不了剪切力，只是一種攪拌，氣相二氧化硅在樹脂中根本形成不了網(wǎng)狀結(jié)構，從而無法發(fā)揮材料的性能。造成這種情況的主要原因：1. 尚未對分散的作用有正確的認識．許多生產(chǎn)商并未意識到分散的重要性；2. 不知道對最終產(chǎn)品的品質(zhì)如何評價，如何在市場中貫徹和體現(xiàn)這種評價。一些生產(chǎn)膠衣的中小企業(yè)往往過于市場化，對其產(chǎn)品的評判標準是他們的用戶是否接收產(chǎn)品，有無退貨。玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)須懂得這些評判標準。否則，不良產(chǎn)品會占有市場，并威脅到優(yōu)良產(chǎn)品的生存。
    高速分散機發(fā)明于上世紀中葉且仍在當今樹脂涂料的生產(chǎn)上使用。 此類設備存在眾多缺點和制約，對成品生產(chǎn)產(chǎn)生負面影響。傳統(tǒng)的高速分散機是簡單的自由旋轉(zhuǎn)的圓盤片，其圓周上有向上和向下彎曲的齒。由于轉(zhuǎn)動的分散盤與容器的靜態(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極具降低。

不知道大家是否有過思考一個問題，原本很細的顆粒為何從干粉制成漿料時就會產(chǎn)生大的團聚體顆粒呢？粉體可以認為是一種在空氣中的漿料，粉體之間存在著大量的空氣通常空氣含量可達75%至95%。如果要把氣相二氧化硅制備成漿料即分散到樹脂或溶劑中去，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行充分的潤濕。通常氣相二氧化硅的比表面積要遠大于一般粉體，需要更多液體比表面積更迅速的去潤濕氣相二氧化硅顆粒，否則就會產(chǎn)生更多更大的團聚體。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聚體，進而需要后期花費大量的時間再進行分散。但是當生產(chǎn)體系溫度一旦上升，樹脂產(chǎn)品的粘度就迅速降低，此時高速分散的剪切力也迅速降低，對氣相二氧化硅的分散效果就會大大的影響。

三 ystral Conti-TDS在真空下的潤濕分散

Ystral是一家分散攪拌設備制造企業(yè)，總部位于法國和瑞士邊境旁邊的巴登州Ballrechten-Dottingen。專注于方案設計以及制造個性化攪拌機、分散機和粉料潤濕機以及專用攪拌設備、分散設備和面向流體機械工藝的粉料潤濕設備。除攪拌、分散和粉料潤濕以外，工藝技術還包括乳化、均質(zhì)化和攪拌分散。其首創(chuàng)的Conti-TDS技術可以通過高速剪切來增大液體的比表面積至上百萬倍，可以瞬間潤濕分散所有顆粒, 粒徑分布更窄。

工作步驟：

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

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

步驟3：顆粒進入最大真空發(fā)生區(qū)及剪切區(qū)時開始被液體包裹。

步驟4：顆粒隨液體進入壓力區(qū)，液體隨壓力進行爆破每個顆粒。

所有的粉體顆粒在接觸液體的瞬間都必須完全經(jīng)過真空下的破碎，所有顆粒都要進行潤濕以及分散。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

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

2.     無污染， 通過真空吸入Conti-TDS，配合無塵投料站和粉倉科實現(xiàn)無污染。

3.     質(zhì)量穩(wěn)定，氣相二氧化硅粉通過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)時間，降低物料的損耗，操作和使用方便，降低維護成本。

雖然國內(nèi)有廠家也在仿照類似設備，但是技術和經(jīng)驗是需要時間的沉積才能越發(fā)成熟可靠。Ystral開創(chuàng)性的真空下的破碎技術在經(jīng)過過去30年不斷的發(fā)展，設備工藝工程技術等已經(jīng)進行了充分得完善和累積，已經(jīng)在眾多全球知名企業(yè)中得到大量應用并得到認可，是您值得信賴的伙伴。