纳米材料如何分散和高速分散机解决办法

阅读次数：3277    发布时间：2024/4/2 6:54:31

“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10亿分之1米（10-9m),单位为nm。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米。纳米粒子粒径很小，表面能很大，易团聚此，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题，如何能够使用纳米材料均匀的稳定的分散而不团聚是纳料技术的核心工作，纳米的定义也要在纳米材料以能够实现的功能，体现出纳米效应为主要依据。

纳米材料可分为三大类：一是一维纳米粒子；二是二维纳米固体（包括薄膜和涂层、管、线）；三是三维纳米体材（包括介孔材料）

工业化

纳米氧化铝，纳米氧化锌，纳米氧化铈，纳米氧化铁，纳米氧化铋，纳米ATO合金等产品。纳米金属粉体、碳纳米管、高纯Al2O3、高纯纳米TiO2系列粉体、超活性纳米TiO2催化剂、纳米TiO2液体、纳米TiO2银抗菌剂、纳米高纯ZrO2、超细高纯ZrO2、纳米涂层材料、纳米载银抗菌粉、纳米SiO2、纳米ZnO、光触媒、纳米三防整理剂等系列粉体、液体、制剂产品

纳米金 纳米银  纳米铁  纳米铝 纳米铜  纳米钛  纳米镍  纳米钴 纳米锡

纳米钼 纳米黄金

分散的必要性

颗粒细化到纳米后，其表面积累了大量的正、负电荷，纳米颗粒的形状不规则，这样造成了电荷的聚集。纳米颗粒表面原子比例随着纳米粒径的降低而迅速增加，当降至1nm时，表面原子比例高达90%，原子几乎全部集中到颗粒表面，处于高度活化状态，导致表面原子配位数不足和高表面能。纳米颗粒具有很高的化学活性，表现出强烈的表面效应，很容易发生聚集而达到稳定状态，从而团聚发生众所周知纳米氧化物易产生自身的团聚，使得应有的性能难以充分发挥。此外，纳米氧化物的诸多奇异性能能否得到充分发挥，还取决于大限度降低粉体与介质间的表面张力。因此，纳米氧化物粉体均匀分散，充分打开其团聚体，才能发挥其应有的奇异性能。

目，国内产品质量较好的企业使用的分散方式主要采取一步法的高速剪切分散，能基本满足用户的需要。由于我们行业的特点，有相当多的中小企业分散设备十分落后，分散时根本形成不了剪切力，只是一种搅拌，气相二氧化硅在树脂中根本形成不了网状结构，从而无法发挥材料的性能。造成这种情况的主要原因① 尚未对分散的作用有正确的认识．许多生产商并未意识到分散的重要性；② 不知道对终产品的品质如何评价，

分散方式 涂料中粉体（含纳米材料）的分散主要是靠剪切力的作用。纳米材料在涂料体系中的分散，一般是采用下述分散方法来达到分散效果。 研磨分散：利用三辊机或多辊机的辊与辊速度的不同，将研磨料投入加料辊（后辊）和中辊之间的加料沟，二辊以不同速度内向旋转，部分研磨料进入加料缝并受到强大的剪切作用，通过加料缝，研磨料被分为两部分，一部分附加在加料辊上回到加料沟，另一部分由中辊带到中辊和辊之间的刮漆缝，在此又一次受到更强大的剪切力作用。经过刮漆缝，研磨料又分成两部分，一部分由辊带到刮刀处，落入刮漆盘，另一部分再回到加料沟，如此经几次循环，可达到分散的目的。但用三辊机或多辊机进行处理效率低，能耗高，满足不了大生产的需求。 ◆ 球磨分散: 通过球磨机中磨球之间及磨球与缸体间相互滚撞作用，使接触钢球的粉体粒子被撞碎或磨碎，同时使混合物在球的空隙内受到高度湍动混合作用而被均匀地分散。 ◆ 砂磨分散: 砂磨是球磨的外延。只不过研磨介质是用微细的珠或砂。砂磨机可连续进料，纳米粉体的预混合浆通过圆筒时，在筒中受到激烈搅拌的砂粒所给予的猛烈的撞击和剪切作用，使得纳米氧化物能很好地分散在涂料中，分散后的浆离开砂粒研磨区通过出口筛，溢流排出，出口筛可挡住砂粒，并使其回到筒中。通过球磨机和砂磨机分散能取得较好的分散效果及物料细度，但球磨机和砂磨机同样无法避免处理效率低，能耗高的缺点。 ◆ 高剪切分散机: 高剪切分散机的核心部件是定子/转子结构，转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来强劲的动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械剪切、液力剪切、离心挤压、液层磨擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺的条件下，瞬间均匀精细地分散，经过高频的循环往复，终得到稳定的产品。与三辊机、球磨机、砂磨机相比，高剪切分散机具有、能耗低等显著优点，是分散工艺的。

目市场上大多数的分散机厂家生产出来的分散机转速只能达到3000rpm左右，当然我所说的都是指工业化的分散机。对于实验室小型分散机，由于电机（220V），轴等因素转速可达30000rpm左右，但是这种实验室分散机无法对应放大到生产中，所以在这里不做讲诉。                                      

3000转乳化机的结构大都都是直连电机，分散机的主轴和电机直连，电机就决定了主轴的转速。而进口分散机采用分体式结构，通过皮带进行变速，XX设备由于结构的设计缺失、机械密封技术的不足的原因，以及改进后成本大幅度的提高问题，一直无法实现高速分散机的自主研发和生产。

   主要有以下的几个不同：

1 在线式分散乳化机的线速度更好，相比较而言，剪切力越高，分散乳化均质的效果越好。

2 在线式的乳化头的形式更是多样化，处理的范围个更广，（物料的颗粒大小）, 但是有一个缺点就是不能处理太大的物料，而批次有这个方面的优点，因为他们可以作为一个打碎机的作用来使用。

对实验室放大而言，如果在一吨以下而言的效果，批次分散乳化机不一定能够有相同的线速度和相同的剪切力，这就可能造成在实验室效果不错，到了工业型就达不到效果。因为工业型批次的分散乳化机他们的速度和设计结构决定没有那么高的剪切力。而相对而言，管线式就没有那么多的问题，他们可以保持相同的线速度和剪切力。（如在三吨的罐内的批次分散乳化机，他们的轴大概有1-2米长，那么在3000转的情况下，他们轴的运转偏心可能更大，可以达到1-2MM。 如果达到这么大的偏心,而为了正常运转,就要求转子/丁子的间隙增大,那么他们的剪强力就变小,）

当用我们的设备好处是什么？效果好（研磨效果、均质效果、分散效果、乳化效果……），速度快，。每一台设备都具有多功能改装，根据不同的要求更换不同的模块。还有什么？？？那就是能耗低，据用过依肯的设备客户反应，就电费就能省下不少。如何去选择一台合适的设备，一定会做一个明智的选择！

在线式高速分散机优点

1  ERS2000系列作为一个用于混合分散工艺的设备,其具有连续式性操作,因此也被称作连续式速混合乳化机,能够更好满足大批量连续化生产作业要求.与传统的批次乳化机相比具有以下优势

1分散:批次乳化机在进行乳化往往需要预搅拌,在其基础上才能实现较好的分散乳化混合效果.因此所需要时间更多,产量更小.适用于不连续生产或者产量较小的生产.而连续式乳化机可以直接进行投料,更短时间能够实现混合分散的颗粒经的要求.产量大,适用于连续式生产,产量更大的情况.

2分散效果好：批次分散乳化机安装在罐体内，物料与乳化头较松散，工作时依靠强大的吸力使物料进入分散头中，但在分散乳化过程中，存在部分物料逃逸的情况，混合乳化颗粒经分布较宽，此外批次乳化机的分散头为单层结构。不能实现足够小的颗粒经要求。而连续式乳化机由于乳化腔体内部设计足够小，乳化头与物料紧密接触，剪切充分，同时乳化腔体设计成多层转定子咬合结构，优化粗齿结构，可以满足混合乳化的颗粒经分布较窄，效率更高

3 技术功能指标更高：ERS2000系列管线式分散机和批次分散机比较在相同的马达情况下，转速有明显优势，ERS2000转速可以达到14000RPM，可以在更短的恶时间内处理更多符合要求的物料，能够为大批量生产的企业实现生产过程的成本降低。

传统的批次分散机用于研发，效果或许可以达到要求，但是摸索出来的设备参数不可用，批次的乳化机无法线性放大，所以后期工业化生产就需要重新摸索参数，这样会导致效率低、风险大。  

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原创作者：上海依肯机械设备有限公司