CN103242679A - 一种颜料颗粒表面基团加载的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颜料颗粒表面基团加载的装置及其应用，装置包括气固流化床以及经管道与气固流化床连接的固体进样器、空气泵及负压收集器，还包括平面放电电极、冷却循环***、阻挡介质、气体储罐构成的常压低温等离子发生器，平面放电电极连接电源控制放电，阻挡介质与平面放电电极平行设置；冷却循环***控制平面放电电极与阻挡介质之间的温度，气体储罐向平面放电电极与阻挡介质之间吹送工作气体。与现有技术相比，本发明利用常压低温等离子体错流接触流化床中的颜料颗粒，利用常压低温等离子体产生的各种粒子如电子、分子、离子、原子和自由基等作用于颗粒表面，实现有机颜料颗粒表面活性基团的加载。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，尤其是涉及一种颜料颗粒表面基团加载的装置及其应用，基于常压低温等离子体与流化床组合反应装置在颜料颗粒表面加载基团。
背景技术
有机颜料具有品种多样、色谱广泛、颜色鲜艳、色调明亮、无毒，在涂料、油墨及塑料中得到广泛应用。此外，由于环境保护意识的增强，无机颜料的使用受到越来越多的限制，有机颜料则越来越受重视。但大多有机颜料的耐光稳定性、耐热稳定性、耐溶剂性、耐迁移性、遮盖力等往往不如无机颜料。因此有机颜料在涂料、塑料及各类橡胶制品中使用时常出现易褪色、易浮色、着色力弱等现象。因此，对有机颜料进行表面无机修饰以求得产品性能较为彻底的改善是非常重要的。但是，有机颜料表面通常为弱极性或者非极性，几乎不存在能够与修饰剂反应缩合的基团。
尽管有机颜料颗粒表面活性剂处理以及表面微胶囊化已经取得了长足的进步，但是这些手段处理不能引入无机材料的优点。将无机纳米膜层的紫外屏蔽特性、高耐候性、亲水性、化学惰性等优点赋予有机颜料，从而提高有机颜料在水相中的分散性、耐候性以及耐酸碱性等性能，同时又不牺牲有机颜料的高装饰特性才是颜料工作者追求的目标。
介质阻挡放电是在大气压条件下产生低温等离子的方法，目前广泛应用于臭氧合成、空气及水的净化处理。其原理是对置电极间或电极表面存在介质层，使得电极间放电空间产生等离子体氛围。在材料改性领域，如CN 2895498Y和CN1421565A公开了一种常压低温等离子体纺织面料处理设备和用于纤维表面改性的装置。但是，这种装置不适用于粉末状颗粒三维表面进行均匀的基团加载。
为了解决上述问题，我们发明了常压低温等离子体错流接触流化床中的颜料颗粒，利用等离子体腔中产生逸出的各种粒子如电子、分子、离子、原子和自由基等作用于颗粒表面，实现颜料颗粒活性基团的加载的设备与方法。该方法可以对各类颜料颗粒进行改性，具有极大的市场前景。
发明内容
本发明的目的就是为了解决有机颜料表面处理修饰过程中因表面弱极性，导致修饰膜层的脱落问题的颜料颗粒表面基团加载的装置及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种颜料颗粒表面基团加载的装置，包括气固流化床以及经管道与气固流化床连接的固体进样器、空气泵及负压收集器，还包括平面放电电极、冷却循环***、阻挡介质、气体储罐构成的常压低温等离子发生器，
所述的平面放电电极连接电源控制放电，
所述的阻挡介质与平面放电电极平行设置；
所述的冷却循环***控制平面放电电极与阻挡介质之间的温度，
所述的气体储罐向平面放电电极与阻挡介质之间吹送工作气体。
所述的平面放电电极为不锈钢、金、铂、铜的金属类材料制作得到的平板电极。
所述的阻挡介质采用尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、玻璃或硅胶制作得到。
所述的平面放电电极与阻挡介质之间的气隙间距为2～20mm。
所述的电源为频率在1～100KHz、电压在1～100Kv的高压交流电源
所述的冷却循环***内采用的循环介质为乙醇、乙二醇或是两者的以任意比例混合得到的混合物。
所述的工作气体为氩气、氦气、氮气、空气或二氧化碳中的一种或几种。
颜料颗粒表面基团加载的装置在使用时将常压低温等离子体发生器打开，利用空气泵吹送的压缩气体将置于气固流化床中的颜料颗粒流化，颜料颗粒以一定的表观速度穿过流化床，常压低温等离子体发生器通入不同的工作气体产生的不同电荷从发生器中逸出，与颜料颗粒错流接触，对颜料颗粒表面加载基团，改性后的颗粒收集到负压收集器中。
粉末颜料颗粒的表观速度为0.1-0.5m/s，通过改变常压低温等离子体发生器内压缩气体的种类、平面放电电极的电压、频率、气隙间距，调整产生常压等离子体的性质，获得不同改性效果的粉末颗粒，调整负压收集器的压力，将改性后的颗粒收集到收集器中，改变流化气的速度，改变粉末颗粒在流化床中的停留时间。
与现有技术相比，本发明利用常压低温等离子体错流接触流化床中的颜料颗粒，利用常压低温等离子体产生的各种粒子如电子、分子、离子、原子和自由基等作用于流化中随机翻滚的颗粒表面。等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特大于材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，从而使有机颜料表面的化学键断裂而形成并导入各种新的官能团，如羟基、羧基等，使材料表面的亲水性和表面张力显著变化，提高表面的的极性，实现有机颜料颗粒表面活性基团的加载。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其结构如图1所示，包括气固流化床1以及经管道与气固流化床1连接的固体进样器2、空气泵3及负压收集器4，还包括平面放电电极5、冷却循环***6、阻挡介质7、气体储罐8构成的常压低温等离子发生器。平面放电电极5连接电源9并控制放电，使用的电源为频率在1～100KHz、电压在1～100Kv的高压交流电源，使用的平面放电电极5为不锈钢、金、铂、铜等金属类材料制作得到的平板电极。阻挡介质7与平面放电电极5平行设置，使用的阻挡介质7可以采用尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、玻璃或硅胶等绝缘材料制作得到，平面放电电极5与阻挡介质7之间的气隙间距控制在2～20mm。利用冷却循环***6控制平面放电电极5与阻挡介质7之间的温度，可以采用的冷却循环介质为乙醇、乙二醇或是两者的以任意比例混合得到的混合物。气体储罐8主要用于向平面放电电极5与阻挡介质7之间吹送工作气体，例如氩气、氦气、氮气、空气或二氧化碳中的一种或几种。
颜料颗粒表面基团加载的装置在使用时将常压低温等离子体发生器打开，利用空气泵3吹送的压缩气体将通过固体进样器2进入气固流化床1中的颜料颗粒流化，颜料颗粒以0.1-0.5m/s的表观速度穿过气固流化床1，常压低温等离子体发生器通入不同的工作气体产生的不同电荷从发生器中逸出，与颜料颗粒错流接触，对颜料颗粒表面加载基团，改性后的颗粒收集到负压收集器4中。通过改变常压低温等离子体发生器内压缩气体的种类、平面放电电极的电压、频率、气隙间距，调整产生常压等离子体的性质，获得不同改性效果的粉末颗粒，调整负压收集器的压力，将改性后的颗粒收集到收集器中，改变流化气的速度，改变粉末颗粒在流化床中的停留时间。
实施例2
使用该装置对黄色颜料颗粒C.I.Pigment Yellow 3进行处理。
平面放电电极采用黄铜制作，氧化硅板为阻挡介质，电极与挡板间的距离为8mm，电极间的交流电压为10KV，10KHz，工作气体为氩气，通过处理器上下两部分间的放电狭缝作为放电气体，在放电空间产生蓝紫色明亮辉光。氩气的流量为10L/min。通过固体进样器将黄色颜料颗粒输送到流化床中，调整压缩空气的流速为，使颜料颗粒流化起来，并使流化床内的表观流速为0.1m/s。红外谱图结果表明，处理后的颜料颗粒红外谱图中出现羟基峰。
实施例3
使用该装置对红色颜料颗粒C.I.Pigment Yellow 170进行处理。
平面放电电极采用不锈钢制作，聚四氟乙烯板为阻挡介质，电极与挡板间的距离为5mm，电极间的交流电压为2KV，15KHz，工作气体为氮气，通过处理器上下两部分间的放电狭缝作为放电气体，在放电空间产生蓝紫色明亮辉光。氩气的流量为25L/min。通过固体进样器将黄色颜料颗粒输送到流化床中，调整压缩空气的流速为，使颜料颗粒流化起来，并使流化床内的表观流速为0.5m/s。红外谱图结果表明，处理后的颜料颗粒红外谱图中出现羟基峰。
Claims (9)
1.一种颜料颗粒表面基团加载的装置，包括气固流化床以及经管道与气固流化床连接的固体进样器、空气泵及负压收集器，其特征在于，还包括平面放电电极、冷却循环***、阻挡介质、气体储罐构成的常压低温等离子发生器，
所述的平面放电电极连接电源控制放电，
所述的阻挡介质与平面放电电极平行设置；
所述的冷却循环***控制平面放电电极与阻挡介质之间的温度，
所述的气体储罐向平面放电电极与阻挡介质之间吹送工作气体。
2.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的平面放电电极为不锈钢、金、铂、铜的金属类材料制作得到的平板电极。
3.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的阻挡介质采用尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、玻璃或硅胶制作得到。
4.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的平面放电电极与阻挡介质之间的气隙间距为2～20mm。
5.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的电源为频率在1～100KHz、电压在1～100Kv的高压交流电源
6.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的冷却循环***内采用的循环介质为乙醇、乙二醇或是两者的以任意比例混合得到的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的工作气体为氩气、氦气、氮气、空气或二氧化碳中的一种或几种。
8.如权利要求1-7中任一项所述颜料颗粒表面基团加载装置的应用，其特征在于，该装置在使用时将常压低温等离子体发生器打开，利用空气泵吹送的压缩气体将通过固体进样器进入气固流化床中的颜料颗粒流化，颜料颗粒以一定的表观速度穿过流化床，常压低温等离子体发生器通入不同的工作气体产生的不同电荷从发生器中逸出，与颜料颗粒错流接触，对颜料颗粒表面加载基团，改性后的颗粒收集到负压收集器中。
9.根据权利要求1所述的一种颜料颗粒表面基团加载的装置，其特征在于，所述的粉末颜料颗粒的表观速度为0.1-0.5m/s。
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