CN115926494B - 一种改善塑料型材专用二氧化钛粉体喷流性的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善塑料型材专用二氧化钛粉体喷流性的生产方法，1)将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；2)将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，在靠近气流粉碎机上盖位置加入氨基硅烷，氨基硅烷为3‑氨丙基三甲氧基硅烷、3‑氨丙基三乙氧基硅烷、3‑氨丙基甲基二甲氧基硅烷或3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷；3)在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上加入硅油，硅油为甲基硅油、乙基硅油、甲基乙氧基硅油或甲基乙烯基硅油；4)进入气粉袋滤器后送入成品料仓包装。该方法既能提高二氧化钛与塑料型材的相容性以及其在塑料型材中的分散性，在生产输送过程中流动性好，且喷流性得到改善，解决生产输送和包装时二氧化钛粉尘弥漫污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善塑料型材专用二氧化钛粉体喷流性的生产方法。
背景技术
塑料型材制品是使用范围较广的通用塑料，可以用来制作窗框、楼梯扶手、走线槽、壁脚板、异型管等，在建筑材料、工业产品、管材等领域广泛应用。二氧化钛粉体填充到塑料型材中可以提高塑料的强度、韧性、耐老化性及耐热性等，并能控制塑料成本，但是由于二氧化钛粒径小，比表面积大，表面活性强，极易发生团聚，影响其理化性质的发挥，降低了它在塑料型材体系中的分散性能，严重影响二氧化钛优异特性的发挥和复合材料的性能。因此，在二氧化钛应用过程中，必须对二氧化钛进行改性，来提高它与塑料型材的相容性以及其在塑料型材中的分散性。塑料型材专用二氧化钛粉体通常在二氧化钛表面进行无机包膜后，气粉时进行硅油类有机硅改性。而硅油类有机硅改性二氧化钛在生产输送和包装时容易产生和聚集静电电荷，从而导致产品易喷流问题。
喷流性主要指粉体在自身重力及外力的作用下散落的情况，塑料型材专用二氧化钛粉体由于硅油类有机硅改性，造成喷流性指数过高，导致包装时风口回旋区的弥散性高，生产作业空间二氧化钛粉尘弥漫污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善塑料型材专用二氧化钛粉体喷流性的生产方法，该方法既可提高二氧化钛与塑料型材的相容性以及其在塑料型材中的分散性，制备的二氧化钛粉体在生产输送过程中流动性好，且喷流性得到改善，解决生产输送和包装时二氧化钛粉尘弥漫污染问题。
本发明的技术方案是：
一种改善塑料型材专用二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其具体步骤如下：
1)将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2)将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，在靠近气流粉碎机上盖位置加入占二氧化钛质量0.3％～0.5％的氨基硅烷，所述氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种；
3)在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上加入占二氧化钛质量0.2％～0.3％的硅油，所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油中的一种；
4)二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入成品料仓包装。
进一步的优选，在步骤2)中，在所述氨基硅烷储罐与雾化喷枪之间安装质量流量控制器，用以控制流量并实时监测流量，氨基硅烷的流量控制在125～209sccm。
进一步的优选，在步骤3)中，在所述硅油储罐与雾化喷枪之间安装质量流量控制器，用以控制流量并实时监测流量，硅油流量控制在83～125sccm。
进一步的优选，在步骤2)中，所述氨基硅烷加入位置为气流粉碎机上盖的气粉出口。
进一步的优选，在步骤2)和步骤3)中，雾化喷枪的压力控制在0.17～0.42Mpa，雾化喷枪中蒸汽加入速度控制在9～11kg/h。
进一步的优选，在距气粉出口上方1.1～1.3米处的管道内安装有螺旋翅片，硅油加入位置在螺旋翅片下端。
进一步的优选，气流粉碎机内的蒸汽温度为220～240℃。
进一步的优选，所述氨基硅烷从氨基硅烷储罐经雾化喷枪雾化后加入；所述硅油从硅油储罐经雾化喷枪雾化后加入。
本发明的有益效果是：
(1)工艺简单，操作方便。将气粉处理后的二氧化钛先用氨基硅烷进行表面处理，氨基硅烷的表面能低，有利于向无机物表面迁移，经雾化喷枪雾化后发生水解缩合反应，生成硅醇，由于硅醇不稳定，极易与无机物表面的羟基结合脱水，从而与二氧化钛粉体表面包覆的无机物键合起来，形成Si-O-Si三维交联结构。然后，进行第二层硅油表面处理，氨基硅烷的氨基上带有两个活泼氢可以和第二层硅油发生反应，从而通过化学键将二氧化钛与硅油紧密的结合起来，区别于常规方法在气流粉碎机中通过物理吸附进行硅油的包覆。
(2)在硅油表面处理之前，使用氨基硅烷进行表面处理，使硅油与二氧化钛实现化学键合，结合效果好，可以实现气粉处理后再进行有机硅表面处理，二氧化钛粉体更加均匀，减少硅油用量。
(3)两层有机硅包覆均匀、致密、硅油用量少，产品表面电荷低，此种方法生产的塑料型材专用二氧化钛粉体与塑料型材具有优异的相容性以及其在塑料型材中具有优良的分散性，同时在生产输送和包装过程中流动性好，且喷流性显著改善，解决了生产输送和包装时二氧化钛粉尘弥漫污染问题。
附图说明
图1是本发明气流粉碎机两种有机加入方式示意图。
图中：1-气粉料仓，2-气流粉碎机进料口，3-气流粉碎机，4-氨基硅烷储罐，5-质量流量控制器Ⅰ，6-雾化喷枪Ⅰ，7-硅油储罐，8-质量流量控制器Ⅱ，9-雾化喷枪Ⅱ，10-螺旋翅片，11-气粉袋滤器，12-成品料仓。
实施例1
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、如图1所示，采用二氧化钛气粉处理***，该***包括气粉料仓1和气流粉碎机3，所述气流粉碎机3具有气流粉碎机进料口2，所述气粉料仓1通过管道与气流粉碎机3的气流粉碎机进料口2相连通，所述气流粉碎机3通过上升管道连接有气粉袋滤器11；所述气粉袋滤器11的出料口连接有成品料仓12；在所述输送上升管道上设有硅油进口，在所述输送上升管道内设置螺旋翅片10，螺旋翅片10安装在距气流粉碎机3上盖的气粉出口上方1.1米处的管道内，且螺旋翅片10安装在硅油进口的上端位置，在所述硅油进口通过管道连接有硅油储罐7，所述硅油储罐7的出料口通过管道连接有雾化喷枪Ⅱ9，所述雾化喷枪Ⅱ9为蒸汽雾化喷枪，在硅油储罐7和雾化喷枪Ⅱ9之间的管道上设有质量流量控制器Ⅱ8；气流粉碎机3上盖的气粉出口处通过管道连接有氨基硅烷储罐4，所述氨基硅烷储罐4的出料口通过管道连接有雾化喷枪Ⅰ6，所述雾化喷枪Ⅰ6为蒸汽雾化喷枪，在氨基硅烷储罐4和雾化喷枪Ⅰ6管道上设有质量流量控制器Ⅰ5；
将经闪蒸的二氧化钛在气流粉碎机3内进行气粉处理，气流粉碎机3内的蒸汽温度为220℃；在气流粉碎机3上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.3％的3-氨丙基三甲氧基硅烷，其加入方式是：将氨基硅烷储罐4内3-氨丙基三甲氧基硅烷经雾化喷枪Ⅰ6雾化后加入；
3、螺旋翅片10下端的硅油进口添加占二氧化钛质量0.2％的甲基硅油，其加入方式是：将硅油储罐内甲基硅油经雾化喷枪Ⅱ9雾化后加入；
3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基硅油加入时雾化喷枪的压力分别控制在0.25Mpa、0.17Mpa，两个所述雾化喷枪中蒸汽加入速度控制在9kg/h；3-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基硅油质量流量控制器流量可分别控制在125sccm和83sccm；
4、二氧化钛粉体经气粉袋滤器11后进入成品料仓12包装。
实施例2
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，气流粉碎机内的蒸汽温度为240℃；在气流粉碎机上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.5％的3-氨丙基三乙氧基硅烷，其加入方式是：将氨基硅烷储罐内3-氨丙基三乙氧基硅烷经雾化喷枪雾化后加入；
3、在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上安装有螺旋翅片，螺旋翅片安装在气流粉碎机上盖的气粉出口上方1.3米处的管道内，螺旋翅片下端的有机处理剂加料口添加占二氧化钛质量0.3％的乙基硅油；其加入方式是：将硅油储罐内乙基硅油经雾化喷枪雾化后加入；
3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙基硅油加入时雾化喷枪的压力分别控制在0.42Mpa、0.25Mpa，两个所述雾化喷枪中蒸汽加入速度都控制在11kg/h；3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙基硅油质量流量控制器流量分别控制在209sccm和125sccm；
4、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
实施例3
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，气流粉碎机内的蒸汽温度为230℃；在气流粉碎机上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.4％的3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，其加入方式是：将氨基硅烷储罐内3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷经雾化喷枪雾化后加入；
3、在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上安装有螺旋翅片，螺旋翅片安装在气流粉碎机上盖的气粉出口上方1.2米处的管道内，螺旋翅片下端的有机处理剂加料口添加占二氧化钛质量0.25％的甲基乙氧基硅油；其加入方式是：将硅油储罐内甲基乙氧基硅油经雾化喷枪雾化后加入；
3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基乙氧基硅油加入时雾化喷枪的压力可分别控制在0.34Mpa、0.21Mpa，两个所述雾化喷枪中蒸汽加入速度都控制在10kg/h；3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基乙氧基硅油质量流量控制器流量分别控制在167sccm和105sccm；
4、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
实施例4
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，气流粉碎机内的蒸汽温度为230℃；在气流粉碎机上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.4％的3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，其加入方式是：将氨基硅烷储罐内3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷经雾化喷枪雾化后加入；
3、在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上安装有螺旋翅片，螺旋翅片安装在气流粉碎机上盖的气粉出口上方1.2米处的管道内，螺旋翅片下端的有机处理剂加料口添加占二氧化钛质量0.25％的甲基乙烯基硅油；其加入方式是：将硅油储罐内甲基乙烯基硅油经雾化喷枪雾化后加入；
3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基硅油加入时雾化喷枪的压力分别控制在0.34Mpa、0.21Mpa，两个所述雾化喷枪中蒸汽加入速度都控制在10kg/h；3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基硅油质量流量控制器流量分别控制在167sccm、105sccm；
4、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
对比例1
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉，气流粉碎机内的蒸汽温度为230℃；在气流粉碎机上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.6％的甲基乙烯基硅油，其加入方式是：将硅油储罐内甲基乙烯基硅油经雾化喷枪雾化后加入；
甲基乙烯基硅油加入时雾化喷枪的压力可控制在0.50Mpa，雾化喷枪中蒸汽加入速度都控制在10kg/h，质量流量控制器流量可控制在250sccm；
3、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
对比例2
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉，气流粉碎机内的蒸汽温度为230℃；在气流粉碎机上盖的气粉出口处加入占二氧化钛质量0.4％的3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和占二氧化钛质量0.25％的甲基乙烯基硅油混合物；其加入方式是：将氨基硅烷储罐内3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和硅油储罐内甲基乙烯基硅油打入共混罐中混合后经雾化喷枪雾化后加入；
有机处理剂加入时雾化喷枪的压力控制在0.55Mpa，雾化喷枪中蒸汽加入速度控制在10kg/h；质量流量控制器流量可控制在271sccm；
3、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
对比例3
1、将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2、将经闪蒸的二氧化钛进行气粉，气流粉碎机内的蒸汽温度为230℃；在物料加料口随同二氧化钛物料加入占二氧化钛质量0.6％的甲基乙烯基硅油，其加入方式是：将硅油储罐内甲基乙烯基硅油经雾化喷枪雾化后加入；
甲基乙烯基硅油加入时雾化喷枪的压力可控制在0.50Mpa，雾化喷枪中蒸汽加入速度控制在10kg/h；质量流量控制器流量可控制在250sccm；
3、二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入料仓包装。
Carr指数法作为美国材料试验协会(ASTM)标准(ASTM D 6393—2008)已成为粉体工艺设计与质量管理的有力评价手段；使用基于Carr指数法的智能粉体特性测试仪测试样品的喷流性指数，实施例1-4与对比例1-3二氧化钛产品的喷流性指数及评价、应用性能指标见表1。
表1实施例1-4与对比例1-3二氧化钛产品的喷流性指数及评价、应用性能指标表
耐候性是通过在塑料型材中耐热白度进行评估。耐热白度指温度为200℃，30分钟静态耐热试验后的白度。
从表1结果可以看出：在氨基硅烷(3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)和硅油(甲基硅油、乙基硅油、甲基乙氧基硅油或甲基乙烯基硅油)的共同作用下，样品在喷流性指标测试时二氧化钛粉体喷流性指数较仅加入硅油的对比产品有显著改善，喷流性指数均值下降了24.25。喷流性等级由非常强(非常强→相当强→有倾向)降低了两个等级到有倾向。产品的喷流性显著改善，解决了生产输送和包装时二氧化钛粉尘弥漫污染问题。
对比例3将硅油按照常规有机处理、与物料一起加入气粉机，因此种方法下硅油与二氧化钛粉体主要是物理吸附，因此需增加硅油加入量才能使其在塑料型材中的疏水性和耐候性与实施例相当，由于硅油加入量增大，因此，雾化喷枪和流量控制根据硅油加入量进行了相应调整；因硅油加入量大，表面电荷多，二氧化钛喷流性强；对比例1与对比例3相比加入位置不同，也是仅加入硅油，但加入量大，表面电荷多，喷流性强。对比例2是实施例4的平行实验，其中硅烷偶联剂和硅油混合后一起加入，实验结果与实施例4相比喷流性略有改进，但流动性下降，且其在塑料型材中的疏水性和耐候性相较本发明实施例相比均有所下降。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：
具体步骤如下：
1）将无机包膜后的二氧化钛浆料进行洗涤、过滤和闪蒸；
2）将经闪蒸的二氧化钛进行气粉处理，在气流粉碎机上盖的气粉出口加入占二氧化钛质量0.3%～0.5%的氨基硅烷，所述氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种；
3）在气流粉碎机与气粉袋滤器之间的管道上安装有螺旋翅片，螺旋翅片安装在气流粉碎机上盖的气粉出口上方1.1～1.3米处的管道内，螺旋翅片下端的有机处理剂加料口添加占二氧化钛质量0.2%～0.3%的硅油，所述硅油为甲基硅油、乙基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基乙烯基硅油中的一种；
4）二氧化钛粉体经气粉袋滤器后进入成品料仓包装。
2.根据权利要求1所述的改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：所述硅油从硅油储罐经雾化喷枪雾化后加入；所述氨基硅烷从氨基硅烷储罐经雾化喷枪雾化后加入。
3.根据权利要求2所述的改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：在步骤2）中，在所述氨基硅烷储罐与雾化喷枪之间安装质量流量控制器，用以控制流量并实时监测流量，氨基硅烷的流量控制在125～209sccm。
4.根据权利要求2所述的改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：在步骤3）中，在所述硅油储罐与雾化喷枪之间安装质量流量控制器，用以控制流量并实时监测流量，硅油流量控制在83～125sccm。
5.根据权利要求2所述的改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：在步骤2）和步骤3）中，雾化喷枪的压力控制在0.17～0.42Mpa，雾化喷枪中蒸汽加入速度控制在9～11kg/h。
6.根据权利要求1所述的改善塑料型材二氧化钛粉体喷流性的生产方法，其特征是：气流粉碎机内的蒸汽温度为220～240℃。
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