专利名称：一种纳米基材液相处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种纳米基材液相处理设备，属于纳米基材液相处理设备的改造技术。
2、背景技术近年来，纳米材料的使用不断增多，对其后处理方法及工艺设备的研究也日益受到重视。对纳米材料的后处理是通过对无机纳米粒子进行表面处理使其表面包覆有机层，形成壳核结构，从而得到粒子不易团聚、易于分散的纳米材料，以完全发挥纳米材料的性能。但是，目前纳米基材的后处理方法，如蒙脱土插层法、高速搅拌机包覆法、超声波包覆法等，都存在有部分粒子团聚，包覆不匀、分散性较差的缺点，以至不能完全发挥纳米材料的性能。
发明内容本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种减少粒子团聚、包覆均匀、比表面积大、分散性好的纳米基材液相处理设备。
本实用新型的结构示意图如图1所示，包括有基材容器(1)、输送管道(2)、压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)，其中纳米基材置于基材容器(1)内，压力泵(3)吸入口通过输送管道(2)从基材容器(1)中)吸入纳米基材，压力泵(3)输出口通过输送管道(4)与喷嘴(5)的入口相通。
上述喷嘴(5)为高剪切喷嘴，包括有圆柱形输入接口(5A)、扁平状输出口(5B)及其过渡部分(5C)。
上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)的高度H为2～50mm，其宽度W与高度H的比例W/H为≥5，流道长度L为50～500mm。
上述输送管道(2)内装设有加强其分布混合作用的静态混合器(6)。
上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)处装设有超声波振荡装置(7)。
上述超声波振荡装置(7)可安装在扁平状输出口(5B)内。
上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)前端开设有一狭缝(5D)，狭缝(5D)的上、下分别装设有超声波发生器(7)。
上述喷嘴(5)的输出口可以是扁平状输出口(5B)在高度方向上的叠加。
上述输送管道(4)可开设有2个或者2个以上的分支，各个分支上所装的高剪切喷嘴的出口相对。
上述压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)的内部工作表面喷涂有硬质合金涂层。
本实用新型由于采用压力泵与高剪切喷嘴结合的结构，因此，用这种设备处理后的纳米材料，具有粒径均匀、比表面积大、表面包覆均匀、不易团聚、使用中容易分散的特点，可以广泛应用于塑料、橡胶、油漆、涂料、精细化工等行业，作为添加改性剂使用。本实用新型是一种连续生产设备，具产量大，生产率高，产品性能稳定，易于自动化生产，是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的纳米基材液相处理设备。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图；图2-1为本实用新型实施例2的结构示意图；图2-2为本实用新型实施例2输送管道(2)内装静态混合器(6)的局部放大图；图3为本实用新型实施例3的结构示意图；图4-1为本实用新型喷嘴(5)的主视图4-2为本实用新型喷嘴(5)的俯视图；图4-3为本实用新型喷嘴(5)的左视图；图4-4为本实用新型喷嘴(5)的右视图；图4-5为本实用新型喷嘴(5)外置超声波振荡装置(7)的结构示意图；图4-6为本实用新型喷嘴(5)内置超声波振荡装置(7)的结构示意图；图4-7为本实用新型喷嘴(5)的输出口为扁平状输出口(5B)在高度方向上的叠加的主视图；图4-8为图4-7的左视图；图4-9为图4-7的右视图；图5为本实用新型二级或者多级串联使用的结构示意图；图6为本实用新型用于纳米基材处理的工艺过程示意图。
具体实施方式
实施例1本实用新型的结构示意图如图1所示，包括有基材容器(1)、输送管道(2)、压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)，其中纳米基材置于基材容器(1)内，压力泵(3)吸入口通过输送管道(2)从基材容器(1)中)吸入纳米基材，压力泵(3)输出口通过输送管道(4)与喷嘴(5)的入口相通。
上述喷嘴(5)为高剪切喷嘴，包括有圆柱形输入接口(5A)、扁平状输出口(5B)及其过渡部分(5C)。如图4-1、图4-2、图4-3、图4-4所示。
上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)的高度H为2～50mm，其宽度W与高度H的比例W/H为≥5，流道长度L为50～500mm。扁平状输出口(5B)的具体尺寸视纳米材料基体、压力泵流量、压力而定。
上述压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)的内部工作表面喷涂有硬质合金涂层。
实施例2本实用新型的结构如图2-1、图2-2所示，其结构与实施例1相同，不同之处在于上述输送管道(2)内装设有加强其分布混合作用的静态混合器(6)，以加强分布混合效果。
为了强化喷嘴剪切作用，上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)处装设有超声波振荡装置(7)。
上述超声波振荡装置(7)可为内置式结构，其安装在扁平状输出口(5B)内，如图4-5所示，此时，可增加喷嘴出口高度，保持流道高2～50mm不变，加装了超声波振荡的高剪切喷嘴，其扁平状输出口长度可以适当加长。
此外，上述超声波振荡装置(7)还可为外置式结构，上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)前端开设有一狭缝(5D)，狭缝(5D)的上、下分别装设有超声波发生器(7)，如图4-6所示。上述狭缝(5D)的狭缝宽为0.1～5mm，长度为20～300mm。上述超声波振荡装置(7)的超声波功率为0.1～5Kw。超声波功率的选择视纳米材料基体、压力泵流量、压力，以及喷嘴尺寸而定。
实施例3本实用新型的结构与实施例1相同，不同之处在于上述输送管道(4)可开设有2个或者2个以上的分支，各个分支上所装的高剪切喷嘴的出口相对，形成高压液流对碰，以加强剪切及混合的效果。本实施例中，输送管道(4)开设有2个分支。
另外，在分散不够时，也可以将上述设备二级或者多级串联使用，如图5所示为将上述设备B二级串联使用。
实施例4本实用新型的结构与实施例2相同，不同之处在于上述喷嘴(5)的输出口为实施例2的扁平状输出口(5B)在高度方向上的叠加，如图4-7、图4-8、图4-9所示。
纳米基材处理时，其处理过程是在液相中完成的，其过程如图6所示，纳米基材配方成分进入预处理设备A，经过高速搅拌，实现基本混合，再经过本实用新型的处理设备B，实现纳米基材的完全分散、包覆，再经过干燥处理设备C、粉碎处理设备D，得到处理好的纳米材料。具体处理过程如下纳米基材配方成分进入预处理设备A时，以去离子水为分散介质(或其它液体，如醇、多元醇、其它有机溶剂、溶剂混合液等亦可，视纳米基材具体情况而定)，加入包覆物(例如使用硅烷偶联剂，另外助分散剂少量)，温度控制在25℃～150℃，进入辅助处理设备(一般使用高速搅拌机)，经过高速搅拌，纳米基材的分布或混合情况较好，但仍有少量团聚。
将上述混合物吸入本实用新型的处理设备B，利用压力泵得到5-100Mpa的高压，将混合液体通过高剪切喷嘴高速喷出，在喷嘴的强烈剪切作用下，基材团聚得到彻底破坏，在纳米基材上面包覆上均匀的有机层后，其团聚性大大下降。
上述处理过程温度控制在25℃-150℃。包覆物为纳米基材的2％～10％，助分散剂为纳米基材的2％～5％。压力泵可以选用各种液压泵，但是以抗污能力强的齿轮泵、离心泵等为佳；泵压力达不到工艺要求时，可以将压力泵串联使用，提高出口压力；为了减少纳米材料对泵的磨损，可以在泵的工作表面喷涂硬质合金。
在基材彻底分散包覆后，可使用离心干燥机或喷雾干燥机C干燥，图6所示为离心干燥机，然后采用气流粉碎机D粉碎，得到粉体。
权利要求1.一种纳米基材液相处理设备，其特征在于包括有基材容器(1)、输送管道(2)、压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)，其中纳米基材置于基材容器(1)内，压力泵(3)吸入口通过输送管道(2)从基材容器(1)中)吸入纳米基材，压力泵(3)输出口通过输送管道(4)与喷嘴(5)的入口相通。
2.根据权利要求1所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述喷嘴(5)为高剪切喷嘴，包括有圆柱形输入接口(5A)、扁平状输出口(5B)及其过渡部分(5C)。
3.根据权利要求2所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)的高度H为2～50mm，其宽度W与高度H的比例W/H≥5，流道长度L为50～500mm。
4.根据权利要求1所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述输送管道(2)内装设有加强其分布混合作用的静态混合器(6)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)处装设有超声波振荡装置(7)。
6.根据权利要求5所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述超声波振荡装置(7)可安装在扁平状输出口(5B)内。
7.根据权利要求5所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)前端开设有一狭缝(5D)，狭缝(5D)的上、下分别装设有超声波发生器(7)。
8.根据权利要求7所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述喷嘴(5)的输出口可以是扁平状输出口(5B)在高度方向上的叠加。
9.根据权利要求5所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述输送管道(4)可开设有2个或者2个以上的分支，各个分支上所装的高剪切喷嘴的出口相对。
10.根据权利要求5所述的纳米基材液相处理设备，其特征在于上述压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)的内部工作表面喷涂有硬质合金涂层。
专利摘要本实用新型是一种纳米基材的处理设备。包括有基材容器(1)、输送管道(2)、压力泵(3)、输送管道(4)、喷嘴(5)，其中纳米基材置于基材容器(1)内，压力泵(3)吸入口通过输送管道(2)从基材容器(1)中)吸入纳米基材，压力泵(3)输出口通过输送管道(4)与喷嘴(5)的入口相通。上述喷嘴(5)为高剪切喷嘴，包括有圆柱形输入接口(5A)、扁平状输出口(5B)及其过渡部分(5C)。上述输送管道(2)内装设有静态混合器(6)，喷嘴(5)的扁平状输出口(5B)处装设有超声波振荡装置(7)。用本实用新型处理后的纳米材料粒径均匀、比表面积大、表面包覆均匀、不易团聚、使用中容易分散，可以广泛用于塑料、橡胶、油漆、涂料、精细化工等行业作为添加改性剂使用。
文档编号B22F1/02GK2730522SQ200420094649
公开日2005年10月5日 申请日期2004年11月3日 优先权日2004年11月3日
发明者李建钢 申请人:李建钢