粉碎与改性复合化制备超细改性粉体的方法 【技术领域】
本发明涉及粉体科学与工程领域，具体涉及粉体超细改性制备技术。背景技术
将粉体进行超细化和表面改性处理，可以提高粉体的化学反应活性以利于材料的合成；改善粉体的界面亲和性以利于填充材料的力学性能；调控粉体表面各种凝聚力以利于粉体的分散应用；获得粉体表面特殊物理性能以利于功能性粉体制备。因此，粉体的超细化和表面改性是高性能材料制备过程工程的重要手段，也是新材料、新工艺和新产品开发的重要内容。
现有的超细改性粉体制备方法，主要采用的是先、后分步走的工艺，即：先超细粉碎，后表面改性。
在超细粉碎技术中，气流粉碎是目前公认的能有效获得最小颗粒的机械粉碎方法。气流粉碎在具体的实施中有诸多种方式，其中，流化床气流粉碎方式以其优越的超细粉碎性能，越来越多地在生产中被采用。
在超细粉体表面改性技术中，已应用或研究中的方法大致分为6种：①表面吸附改性；②外膜层改性；③高能表面改性；④机械力化学改性；⑤局部接枝改性；⑥沉淀反应改性。其中方法①②③和⑤即采用的是“先超细粉碎，后表面改性”的方法；方法⑥则是在化学法制备超细颗粒的过程中同时进行表面改性，但这一方法只适用于某些可进行沉淀反应制备超细粉体的材料，且在经过干燥解磨后新界面的暴露会降低超细粉的改性效果；方法④是利用高能介质磨，在较高的机械能输入速率状态下，对粉料进行机械力化学改性，通常不加改性剂，且存在着研磨介质地磨损掺杂污染问题。除方法④以外，以上改性方法的具体实施是在反应釜、混合机、高速搅拌机、高速捏合机、液态流化床等改性装置中进行。
微波加热是一种新的热能技术，它通过向被加热物质内部辐射微波电磁场，推动其偶极子运动，使之相互碰撞、摩擦而生热，因此，微波加热有以下特点：
(1)微波加热是激发物质内部分子作超高频振动、摩擦，可实现分子水平上的“搅拌”，这种“激发效应”已开始在高分子合成和固化反应中应用；
(2)由于物质吸收微波能的能力取决于物质自身的介电特性，因此可对改性物料中的各组分进行选择性加热，从而提高反应的选择性；
(3)微波加热无滞后效应，当关闭微波源后，即无微波能量传向物质，利用这一特性可进行对温度控制要求高的改性处理；
(4)微波加热是物质在电磁场中因本身介质损耗而引起的体积加热，因此，微波加热不仅能量利用率很高、升温迅速，而且具有逆温度梯度与零温度梯度加热、降低反应温度、加快反应速度等特殊功能。
流化床气流粉碎方法，采用压缩空气通过喷嘴膨胀加速后产生的超音速喷射流，使粉料加速并在喷射流汇交处产生剧烈的冲击、摩擦而粉碎。该方法的粉碎过程在一密闭的装置中进行，气体和粉料的运动类似于流化状态，并形成特有的高湍流混合效应，这使粉碎过程中添加改性剂并均匀地吸附于颗粒表面成为可能。同时，其密闭的容器状结构为利用微波场对粉料、改性剂进行加热、激发改性和粉碎助磨成为可能。发明内容
本发明的目的是：针对现有超细改性粉体制备方法中，先超细粉碎后表面改性分步进行的工艺，将气流粉碎-改性和微波改性-助磨效果复合化用于超细改性粉体的制备过程，使超细粉碎和表面改性在一步工艺的一体化装置中同时完成。
本发明采用的技术方案是：粉碎与改性复合化制备超细改性粉体的方法，其特征是在流化床气流粉碎过程中，利用粉碎所产生的颗粒新鲜表面因化学键被截断形成的大量高活性点，通过气流粉碎特有的高湍流作用和力-化学效应，及时与改性剂产生化学键合或物理吸附作用，实现气流粉碎-改性效果；同时，利用微波对粉体和改性剂的加热、激发的改性作用和微波对颗粒的晶间应力增强作用，实现微波改性-助磨效果。
本发明与现有的粉体表面改性方法相比，具有以下优点：
其一，克服了现有超细改性粉体制备方法中，先超细粉碎后表面改性分步进行的缺点，使超细粉碎和表面改性在一步工艺的一体化装置中同时完成，这不仅简化了超细改性粉体制备工艺，而且，可以防止粉体在超细粉碎后，因表面活性大大提高，导致团聚或由于吸附空气中的水分子等其它粒子使粉体表面钝化，给后续的表面改性带来困难。
其二，在超细改性气流粉碎过程中加入改性剂，不仅可以实现对粉体表面的改性处理，而且可以及时平衡因粉碎导致颗粒表面化学键被截断所形成的不饱和成键力，使粉体在良好的分散状态下粉碎，同时，改性剂通常具有助磨效果，这些都可以有效的提高超细粉碎效率。
其三，在超细改性气流粉碎过程中引入微波场，不仅可以对粉体和改性剂进行加热和激发改性，而且可以增强颗粒晶间应力，起到助磨效果。具体实施方式
本发明按以下方式具体实施：
(1)在流化床气流粉碎装置的基础上，设置一改性剂定量供给装置，将改性剂通过粉碎喷嘴经超音速气流雾化喷入粉碎装置内；将微波发射源对称设置于粉碎装置的中部，下部设置多点温度传感器；整个装置符合微波屏蔽要求。
(2)微波发射源功率配置原则：每500升改性粉碎容积配置2～3千瓦，实施中可根据粉体微波介质的不同调整微波的配置功率；微波加热以间歇方式进行，作用时间和间歇时间可调控，并与容器中温度传感器设定温度联动控制，改性过程温度控制在改性剂分解温度以下(通常60~95℃)。
(3)改性粉碎时，改性剂按改性所需的添加比例喷入粉碎装置内，并根据改性温度设定微波加热时间和间歇时间，进行微波辅助改性气流粉碎。
(4)通过微波辅助改性气流粉碎获得的超细改性粉体，其粒度由粉碎装置上的高速涡轮分级机转速控制。本发明应用实例：
改性粉碎所用的粉体：滑石
改性剂：硅烷偶联剂NH2-C3H6-Si(OC2H5)3；
分级机转速：7500r.p.m.；喷嘴粉碎压力：0.8～0.88MPa；
改性剂添加量：12ml/kg粉体；
改性控制温度：70±8℃；微波作用时间由温度传感器自动控制；
改性粉碎的处理能力；19.5kg/hr；
微波功率：1500W；微波频率：2450MHz。
本发明制备的超细改性滑石粉性能测试值流化床气 流磨粉碎法 本发明 说 明 在异丙醇中 4小时的浊度 (％) 18.30 46.87改性粉碎后粉体在异丙醇中浊度值显著提高，即形成稳定的分散体系，表明本发明达到了预期的改性效果。 吸油率 (％) 45.2 28.4吸油率明显减小，即亲油性增加，表明本发明达到了预期的改性效果。红外光谱分析 红外光谱分析表明，采用本发明所得到的滑石粉，在2919cm-1和2840cm-1处出现吸收峰，这是由硅烷偶联剂[NH2-C3H6-Si(OC2H5)3]中-CH2-的不对称伸缩振动及对称伸缩振动引起的；在1440cm-1处峰谱明显加宽，表明-CH2-NH2官能团与[CO3]2-的特征峰形成了偶合振动谱带。因此，滑石粉表面与硅烷偶联剂已形成了化学吸附，即本发明达到了预期的改性效果。X射线衍射分 析 X射线衍射谱图表明，采用本发明所得到的滑石粉，层间距d值为4.6916(004)晶面的峰明显减弱，d值为2.3411(008)晶面的峰消失，表明滑石沿(004)、(008)晶面解理，晶面遭到破坏，也即表明在本发明的改性粉碎过程中，导致了晶体位移和畸变的产生。 粒度变化改性粉碎前：d50＝14.16微米；d97＝41.30微米改性粉碎后：d50＝3.01微米；d97＝6.62微米改性粉碎前后，粒度变化显著，即表明粉碎与改性复合化制备超细改性粉体的方法达到了超细粉碎的效果。