當氣流粉碎「遇見」表面改性,會碰撞出什麼「火花」?

氣流粉碎是利用高速氣流或過熱蒸汽的能量對固體物料進行超細粉碎，而表面改性是根據應用需要有目的地改變粉體材料表面的物理化學性質，實踐表明，在氣流粉碎的同時對顆粒進行表面改性，可獲得具有良好改性效果的粉體材料，即所謂的氣流粉碎-表面改性一體化技術。

1、氣流粉碎-表面改性一體化技術的機理

氣流粉碎-表面改性一體化技術是將原來的氣流粉碎、表面改性兩步走的工藝結合在一起，其作用機理如下：

（1）氣流粉碎機的高湍流作用

由於高速對心碰撞氣流的衝擊和氣體膨脹產生高湍流作用，使粉碎室內顆粒間產生劇烈的碰撞，含改性劑的霧化微粒的氣流與物料顆粒得以充分的接觸以及結合能的轉移使改性劑包覆在顆粒表面成為可能。

（2）機械力化學作用

在氣流粉碎的過程中，機械能一方面產生破碎、細化、微細化等直觀變化；與此同時，施加於物料的機械能，除部分用於顆粒細化外，還有一部分儲存在顆粒內部，引起顆粒的表面結構、表面成分、表面性質、內部晶格缺陷、非晶質化、游離基生成、電荷不平衡等系列變化，使顆粒表面的化學活性增強，從而不需要加熱也能發生一些化學反應。

機械力化學效應在粉碎過程中如果不能被及時加以利用，則顆粒表面的化學活性會被空氣中的水分子或其他粒子所鈍化，因此，在超細粉碎的同時進行改性可以有效地利用機械力化學效應，促進改性劑與顆粒表面發生化學反應，提高改性效果。

2、氣流粉碎-表面改性一體化技術的工藝流程

表面改性劑可以在粉體粉碎前的預處理時加入或在粉碎的過程中通過風送系統或加料器噴灑加入，加入的位置有粉碎區、分級區和收集系統等，可根據需要選擇合適的加入方式。

按照改性劑加入方式的不同，一體化工藝又可分為以下兩種工藝：

（1）幹混-粉碎改性工藝

首先在一定的溫度下，將物料與改性劑在混合設備中混合均勻，然後直接加入氣流粉碎機中粉碎，其主要工藝參數為粉碎壓力、進料速度、分級速度和改性劑用量、改性溫度等。

該工藝操作簡單，條件易於控制，在研究中比較常見。氣流粉碎機仍作為粉碎設備使用，一般為間歇操作。

（2）氣流粉碎改性工藝

氣流粉碎改性工藝是將改性劑直接噴入氣流粉碎機中，與粉碎室中的粉碎顆粒直接接觸，達到表面改性的目的。需要一個改性劑添加裝置，一般情況下，此裝置以壓縮空氣為氣源，通過噴嘴將改性劑霧化噴入粉碎室，完成對粉體顆粒的改性。

與幹混—粉碎改性工藝相比，該工藝具有流程簡單，可以實現連續操作。

3、氣流粉碎-表面改性一體化技術的特點

（1）氣流粉碎與包覆相結合，實現顆粒粉碎、改性與混合一體化，可減少固定資產投入，降低能耗，降低生產成本；

（2）在超細粉碎的同時完成表面改性，可有效克服超細粉碎與表面改性兩種單元操作單獨完成時，改性劑與物料表面親和性差、附著作用弱且不均勻的缺點。

（3）利用超細粉碎過程中機械力化學效應對顆粒表面的激活作用，使新鮮表面和高活性點大量出現，從而增強顆粒表面的反應活性，使物料與改性劑的反應能力增強。

4、氣流粉碎-表面改性一體化技術應用案例

目前，氣流粉碎-表面改性一體化技術已在滑石粉、碳酸鈣、高嶺土、矽灰石、酞箐染料、氧化鋅、氧化鋁、鈦白粉等功能粉體製備領域有所研究或應用。

（1）滑石粉

葉菁等用異丙基酞酸酯（NDZ-201）對滑石進行改性氣流粉碎，改性粉碎後超細滑石粉的粒度為：d50=2.55μm，d97=7.11μm，且超細滑石粉對水的接觸角明顯提高，即疏水性增強，紅外光譜分析表明：改性劑NDZ-201已通過化學吸附的方式包覆在滑石顆粒表面。

（2）碳酸鈣

蔡楚江等採用氣流粉碎-表面改性一體化技術處理碳酸鈣，在氣流粉碎的同時進行表面改性處理，可提高重質碳酸鈣粉體的出料速度，選擇最佳的粉碎與改性參數後，重質碳酸鈣的粉碎出料速率提高了170%，並與液體石蠟具有良好的相容性。

（3）納米氧化鋅

張治軍等利用氣流粉碎-表面改性一體化技術對納米氧化鋅粉體進行了表面改性研究，結果表明，改性後粉體的二次粒徑明顯減小，解團聚效果明顯，產品具有良好的疏水性和親油性，在有機介質中的分散性顯著提高。

（4）碳化矽

吳芸等採用氣流粉碎-表面改性一體化技術製備碳化矽顆粒，當使用A-151矽烷偶聯劑作為改性劑時，選擇粉碎氣流溫度為60℃，改性劑用量為0.5%，碳化矽的出料速度最快，相比無改性劑時提高了19%，且改性效果良好。

與預混合改性、粉碎後在輸送管道內改性和收集後改性相比，粉碎過程中同時改性，其出料速度較快，且能獲得與有機高分子材料有較好相容性的碳化矽顆粒，同時也簡化了粉碎與表面改性的加工工藝。

（5）二氧化矽

蔡楚江等研究了二氧化矽顆粒在氣流粉碎與表面改性處理一體化過程中改性劑種類及改性劑用量對二氧化矽顆粒表面性質的影響，實驗結果表明，當改性劑為KH-550，用量為0.48%時，二氧化矽顆粒的粉碎出料速度提高了2%；選用矽烷偶聯劑A-151和KH-550，在提高二氧化矽顆粒的出料速度同時，還可以獲得與有機基體有良好相容性的二氧化矽顆粒。

（6）矽灰石

劉新海等以矽烷570對矽灰石進行氣流粉碎-表面改性一體化處理，該工藝不但保持產品具有高的長徑比，偶聯劑和表面活性劑的加入同時起到助磨作用，氣流粉碎系統處理量提高1.5倍以上，矽烷改性超細矽灰石粉體產品的平均長徑為31.62 m，平均短徑為2.00 m，長徑/短徑高達15.81。

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