粉末涂覆方法与流程

本发明涉及颗粒(particulate)物质(例如粉末和大颗粒(granulate))的等离子体涂覆领域，通过其中添加了前体的低温、大气压等离子体在颗粒物质的单个粒子(particle)上形成涂层。

背景技术：

0、发明背景

1、颗粒物质被用于许多应用中。在一些应用中，颗粒物质被用于化学反应，并且由于大接触表面而特别有用。在其他应用中，颗粒物质被用于机械应用，例如研磨，或者颗粒物质需要对其他材料具有增加或减少的粘附性。在这些和其他应用中，为颗粒的单个粒子提供至少部分涂层以增加粒子的功能可以是有益的。

2、存在许多技术来处理粉末和其他颗粒物质并为其提供功能化性质。

3、us5489449公开了一种无机或金属材料的粒子，其表面涂覆有无机或金属材料的超细粉末(ultrafine)。涂覆粒子的产生是通过将待涂覆的无机或金属材料的粒子引入携带有形成在气相中的无机或金属材料的超细颗粒的流体中，并使待涂覆的粒子在流化状态下与超细颗粒接触。涂覆的粒子被用于烧结产品的生产。看起来高温真空等离子体被用于涂覆颗粒。

4、wo2005039753a1公开了一种使粉末状基材功能化的方法。该方法包括以下步骤：将气体通入用于形成激发的和/或不稳定的气体物质的装置，通常是大气压等离子体或类似物，并对气体进行处理，使得在离开所述装置时，气体包含基本上不含电荷的激发的和/或者不稳定的气体。包含基本上不含电荷的激发的和/或不稳定的气体物质的气体然后被用于在用于形成激发的和/或不稳定气体的装置外部的下游区域中处理粉末状基材和功能化前体，其中粉末状基材和功能化前体均未经历步骤(i)和(ii)，并且其中所述功能化前体在粉末化基材引入的同时或随后引入。优选地，该方法在流化床中进行。看起来该方法涉及在气体中撞击等离子体，使该等离子体重新组合成激发和/或不稳定，但电中性的气体物质，然后使粉末经受该不稳定/激发的气体物质。这样的处理活化了粉末并允许功能化的前体结合在粉末上。尽管这种方法似乎有效，但似乎可以在以下方面进行改进：确保施加在粉末上的任何涂层是耐用的，并在延长的使用寿命期间保持功能，以及确保尽可能减少前体材料的所有浪费。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于涂覆颗粒物质的等离子体涂覆方法，包括以下步骤：

2、a)由等离子体气体提供低温大气等离子体射流；

3、b)将前体添加到等离子体射流中，从而获得包含激发的前体的等离子体涂覆流，和

4、c)使颗粒物质经受所述包含所述激发的前体的等离子体涂覆流，

5、从而获得包含至少部分涂层的颗粒物质。

6、在本文中，颗粒物质的涂覆是在反应室中进行的。此外，步骤a中的等离子体射流可以在反应室的外部提供。步骤b还可以包括将包含激发前体的等离子体涂覆流注入反应室中。包含激发前体的等离子体涂覆流的注入可以通过喷嘴的喷嘴主体来完成，所述喷嘴主体延伸穿过反应室的边界，用于将包含前体的等离子涂覆流从反应室外部引导至反应室内，从而在反应室内涂覆颗粒物质。

7、该方法允许在粒子形式的物质上提供层。等离子体化的并且以等离子体射流的形式提供的等离子体气体的使用使得能够在过程中对流体进行良好的控制。将用于形成涂层的实际前体添加到等离子体中使得能够通过与等离子体射流的相互作用而非直接激发(例如通过放电)来间接激发前体。这减少了在等离子体化过程中前体破裂成更小的化合物的情况。一旦被添加到等离子体射流中，前体就会通过与等离子体中的物质碰撞而被激发，例如离子化，通常使前体更具反应性。颗粒物质然后经受激发的前体，前体可以更好地附着在粒子的表面。因此，如果等离子体中的物质没有全部从激发态变成较低能态(de-excite)，这些等离子体物质也可以激活粒子的表面，导致粘附性增加。根据多种条件，特别是粒子暴露于等离子体涂覆流的时间，由此形成的涂层可以部分或完全覆盖粒子的表面。

8、本发明还涉及一种用于涂覆颗粒物质的涂覆反应器设备，其包括

9、-反应器室，用于使反应室中的颗粒物质经受等离子体涂覆流，

10、-等离子体喷射设备，包括：

11、·用于产生等离子体射流的等离子体射流出口，以及

12、·喷嘴，包括：

13、用于注入等离子体和/或前体的一组喷嘴入口，所述喷嘴入口位于反应室外；

14、用于喷射包含前体的等离子体的至少一个喷嘴出口，其中所述喷嘴出口位于反应室内；

15、从喷嘴入口延伸到喷嘴出口的喷嘴主体，用于将包含前体的等离子体涂覆流从反应室外引导到反应室内，

16、其中至少一个喷嘴入口与等离子体射流出口流体连接，和

17、-与至少一个喷嘴入口流体连接的前体供应器。

18、本发明的涂覆反应器设备特别优选用于实施根据本发明的方法。本发明的设备包括等离子体喷射设备、喷嘴和反应器室。由此，喷嘴从位于反应室外的等离子体喷射设备的等离子体喷射出口延伸到反应室内，从而允许等离子体被添加到反应室中的颗粒内。由此在等离子体射流的喷嘴入口、喷嘴出口附近或两者之间的任何地方，前体可以被添加到等离子体射流中。喷嘴包括喷嘴主体，喷嘴主体允许在包含前体的等离子体涂覆流被添加到具有颗粒物质的反应室之前，将前体混合在等离子体射流和/或等离子体余辉中。

19、本发明还涉及一种包括根据本发明的多个涂覆反应器设备的系统，其中多个反应器设备中的反应器室串联连接，使得颗粒物质可以依次在所述多个反应设备中的每一个中涂覆，以及涉及一种系统，该系统包括平行排布的多个根据本发明的涂覆反应器设备，其中涂覆反应器设备被配置为同时涂覆颗粒物质。

20、附图概述

21、图1a、1b、1c和2描绘了根据本发明的装置。图1a、1b和1c显示了根据本发明的设备的三个实施方式的概观，图2显示了图1a的设备在等离子体喷射设备(7)、喷嘴(12)和反应器室(2)连接区域的细节。

22、图3描绘了根据本发明的系统和方法。

23、图4说明了根据本发明的另一种设备和方法。

24、这些附图用于说明本发明。

技术特征：

1.一种用于在反应室中涂覆颗粒物质的等离子体涂覆方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的等离子体涂覆方法，其中，所述颗粒物质在流化状态下经受所述等离子体，优选其中所述方法使用流化床反应器来进行。

3.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中，所述颗粒物质间接地经受所述等离子体。

4.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中，所述至少部分涂层是完整涂层。

5.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中所述等离子体气体包含惰性气体，优选地其中所述等离子气体包含至少99体积％的惰性气体，优选地其中所述等离子气体包含n2，优选地其中所述等离子体气体包含至少99％体积的n2，和/或其中所述等离子体气体包含稀有气体，优选其中所述等离子体气体包含he、ne和/或ar。

6.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中所述颗粒物质在步骤c期间旋转。

7.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中所述颗粒物质在贫氧区域中经受所述等离子体，优选地其中所述贫氧区域包含至多1体积％的o2。

8.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中所述前体是可聚合化合物。

9.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中通过依次执行步骤a至c来涂覆所述颗粒物质，其中使颗粒物质多次经受包含所述激发的前体的等离子体涂覆流。

10.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中通过平行地执行步骤a至c来涂覆所述颗粒物质，其中所述颗粒物分布在经受分离的等离子体涂覆流的部分中。

11.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中将所述前体作为气溶胶添加到等离子体射流中。

12.如前述权利要求中任一项所述的等离子体涂覆方法，其中所述颗粒物质由纤维组成。

13.一种根据权利要求1至12中任一项所述的方法涂覆颗粒物质的涂覆反应器设备，包括：

14.如权利要求13所述的涂覆反应器设备，其中所述涂覆反应器设备包括多个等离子体喷射设备，每个等离子体喷射设备包括等离子体射流出口和喷嘴，所述喷嘴包括喷嘴入口和至少一个喷嘴出口，所述多个等离子体喷射设备的每个喷嘴出口位于所述反应室内。

15.如权利要求13或14所述的涂覆反应器设备，其为流化床反应器(fbr)(8)，所述流化床反应器包括反应器室(2)，并且包括位于所述反应器室底部的分配器(9)，所述分配器包括孔，由此所述喷嘴主体(18)穿过孔，使得所述喷嘴出口在反应器室中并且喷嘴入口组位于反应器室外。

16.一种系统，其包括多个如权利要求13或15中任一项所述的涂覆反应器设备，其中所述多个反应器设备的反应器室串联连接，使得颗粒物质可以依次在所述多个反应器设备中的每一个中被涂覆。

17.一种系统，其包括多个如权利要求13-15中任一项所述的涂覆反应器设备，所述涂覆反应器设备平行排布，其中所述涂覆反应器设备被配置为同时涂覆颗粒物质。

技术总结
本发明涉及一种用于涂覆颗粒物质的等离子体涂覆方法，包括以下步骤：a)由反应室外的等离子体气体提供低温大气等离子体射流；b)将前体添加到等离子体射流中，从而获得包含激发的前体的等离子体涂覆流，随后将包含激发的前体的等离子体涂覆流注入反应室中，以及c)使颗粒物质经受所述包含激发的前体的等离子体涂覆流，从而获得包含至少部分涂层的颗粒物质。本发明还涉及一种涂覆反应器设备和系统。

技术研发人员：G·斯徹尔金,R·黑博格,M·雅各布,R·百思克德,F·范德古特
受保护的技术使用者：帕提克斯
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15