CN109280099B - 一种电致提取胶乳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致提取胶乳的方法，以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的连续提取胶乳装置，将胶乳从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，调节直流电压进行电致提取胶乳，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，再经干燥、包装得到成品橡胶。本发明的方法工艺简单，得到的橡胶性能优越，同时橡胶成分保留完全，无絮凝过程，绿色环保，节约成本。本发明工艺人为影响因素少，能够实现连续性生产，产品质量稳定，易于工业化研究。

Description

一种电致提取胶乳的方法
技术领域
本发明涉及一种电致提取胶乳的方法，同时解决了自动化生产、酸絮凝、废胶水处理等关键问题。该方法所得橡胶主要应用于轿车胎面胶，工程胎面胶等领域。
背景技术
随着轮胎的需求逐步增大，橡胶资源开始与煤炭、钢铁、石油并称为四大工业原料。乳胶的凝固对橡胶质量有着重要的影响，依据加料次序不同，凝固可分为正絮凝与逆絮凝。传统上，天然橡胶等固体橡胶的生产一般是絮凝剂倒入胶乳中，等待胶乳凝聚的正絮凝工艺方法，正絮凝设备工艺简单，但由于它长时间的凝固过程，使得制品质量不容易得到掌控，产品不稳定；正絮凝工艺有很多缺点限制其工业化程度，主要缺点有连续化生产能力差，胶制品的味道大，对设备腐蚀很大。将胶乳倒入絮凝剂中絮凝这是逆絮凝工艺，大多数的合成胶可采用这种逆絮凝工艺。虽然逆絮凝工艺适合于工业化连续生产，生产的产品质量稳定，但不可避免要使用大量的絮凝剂，如硫酸，无机盐等絮凝剂，一个方面是成本较高，另一个方面是生产过程中产生含有硫酸根等物质的废水需要处理，对环境污染大。
橡胶粒子表面是由类脂物和附电荷的蛋白质构成，这些成分具有很好的亲水性，所以能形成类似于保护层的功能使得胶乳能保持稳定的胶体状态。基于这一原理，如果能解除这一保护层的功能，就能促使胶乳发生胶凝，或者是凝固。
酸凝固剂，无机盐凝固剂，微生物凝固剂都能破坏胶乳的稳定性能。酸类凝固胶乳的机理主要是增加胶乳中H离子的含量，进而pH值下降，压缩胶乳粒子表面的双电层，从而使得水化膜薄了。当胶乳的氢离子含量达到某特定浓度，就能使得电动电位变为零，橡胶粒子间的排斥力也消失，它们相互聚集而凝固成块。而无机盐中的金属阳离子也可以有效凝固天然胶乳。当在胶乳中加入多价金属阳离子时，中和胶粒电荷，降低ζ电位，导致胶乳去稳发生胶凝。
为了解决橡胶絮凝过程中所出现的问题，本课题提出了一种电致提取胶乳的方法，其采用了电泳法原理，经电荷的作用，破坏了胶粒表面带电的双电层，使得胶乳粒子发生定向移动，从而产生破乳得到絮凝的胶块，完成絮凝工艺。这一工艺的实现，大大减少了胶乳絮凝所需的人力物力，同时节省了絮凝剂的使用，降低成本的同时，也省去了后期水处理问题。区别于本课题组此前提出的专利ZL:201710603447一种胶乳的提取方法，此前提出的专利提供了电泳提取胶乳的提取方法和机理，对于工业化设备的研究没有深入的阐述，本专利区别之处在于对工业化设备做了深入研究，提出了一套切实可行的可连续电致提取胶乳的方法和设备。
通过实验结果表明：电泳法提取天然橡胶的方法切实可行，产率符合预期。并且电泳法提取效率高，是一条环保的生产天然橡胶切实可行且最为高效的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种操作简单、成本低、易于工业化的新型胶乳提取技术。以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的连续提取胶乳装置，将胶乳从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，调节直流电压进行电致提取胶乳，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，再经干燥、包装得到成品橡胶。本发明的方法工艺简单，得到的橡胶性能优越，同时橡胶成分保留完全，无絮凝过程，绿色环保，节约成本。本发明工艺人为影响因素少，能够实现连续性生产，产品质量稳定，易于工业化研究。
解决本发明的工艺采用如下步骤：
一种电致提取胶乳的方法，其特征在于：以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的连续提取胶乳装置，将干胶质量含量为0.1～60％的胶乳从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，调节直流电压1.5～500V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，再经干燥、包装得到成品橡胶。
所述的连续提取胶乳装置正极一侧薄膜辊筒可滚动，薄膜辊筒采用的可变形材料为金、铂或者导电聚合物薄膜；通过薄膜辊筒内部的气体、液体或者弹性体对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形，进而密封连续电解装置中的胶乳。
所述的连续提取胶乳装置，正极和负极之间设有楔形隔板，楔形隔板上设有进胶口，楔形隔板与薄膜辊筒接触的顶部和底部前端以及进胶口两侧均使用绝缘材料进行密封。
所述的胶乳包括田间天然乳胶、浓缩乳胶、胶清乳胶、丁苯乳胶、丁腈乳胶、氯丁乳胶、丁基乳胶或者上述乳胶的混合物，或者经酸、无机盐或高分子絮凝剂、生物絮凝乳胶得到的废胶水。
所述的干燥方式可为低温风干、过热蒸汽干燥、热空气干燥或微波干燥。
本发明提出的目的是为了解决下面两个工业问题：一是橡胶的絮凝剂凝胶，耗费成本大；另一个是絮凝剂的使用对环境污染大，水处理成本高。
而本发明采用的电泳工艺提取胶乳的方法充分解决了以上问题。胶乳粒子之所以保持稳定不发生破乳聚沉，其根本原因是胶粒表面含有带电的蛋白以及类脂物等亲水性物质构成的保护层保护着，要使其去稳破乳，只要破坏其双电层的稳定就能达到目的。
本发明提出的电致提取胶乳的方法，以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的连续提取胶乳装置，将胶乳从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，调节直流电压进行电致提取胶乳，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，再经干燥、包装得到成品橡胶。采用本发明的工艺可实现快速絮凝脱水的效果，所用的可变性薄膜滚筒，可保证电极板与胶乳充分接触，提高提取效率，从而实现一边进料一边出料的连续生产目的。
这个方法可以用在不同浓度的胶乳，包括浓缩胶乳、田间胶乳等，同时解决了絮凝干燥、废胶水处理等关键问题。所生产的天然橡胶可适用于轿车胎面胶，工程胎面胶等领域。
此种方法避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。同时也避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。并且，相对于传统酸法，电泳法工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。
本发明的有益效果
一种电致提取胶乳的方法，此法的优点在于：
1.避免或减少了大量絮凝剂的使用，大大降低了橡胶的成本。
2.避免使用强酸作为胶清的凝固剂，污水处理少，环境友好。
3.本发明生产步骤少，质量均一性高。
4.胶清中非胶成分保留完整，提升胶清橡胶的品质。
5.工艺简单，设备自动化程度高，生产效率高。
6.本发明的制备工艺，工艺人为影响因素小，易于得到质量稳定的产品，适用于连续性的工业化生产。
本发明的所有性能测试标准均按照相应的国家标准进行。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
1绝缘上挡板；2可变形辊筒；3牵引装置；4绝缘下挡板；5两侧进胶口；6不可变形电极板；7两侧楔形隔板
具体实施方式
实施例1
连续提取胶乳装置的正极以金为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为60％的浓缩天然胶乳1000g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入空气对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压1.5V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.5g，经干燥、包装得到成品橡胶599.5g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例2
连续提取胶乳装置的正极以铂为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为25％的天然胶乳1000g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入氮气对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压500V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.3g，经干燥、包装得到成品橡胶249.7g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例3
连续提取胶乳装置的正极以铂为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为5％的胶清乳胶2500g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入水对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压100V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.6g，经干燥、包装得到成品橡胶124.4g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例4
连续提取胶乳装置的正极以铂为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为40％的丁苯乳胶1000g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入水对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压30V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.4g，经干燥、包装得到成品橡胶399.6g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例5
连续提取胶乳装置的正极以聚吡咯导电聚合物薄膜为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为40％的丁腈乳胶1500g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入空气对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压200V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.6g，经干燥、包装得到成品橡胶599.4g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例6
连续提取胶乳装置的正极以Fe-Cu-Ni合金为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为40％的氯丁乳胶1200g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入乙醇对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压220V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.8g，经干燥、包装得到成品橡胶479.2g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例7
连续提取胶乳装置的正极以铁镍氧化物为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为40％的丁基乳胶800g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入聚氨酯弹性体对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压120V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.7g，经干燥、包装得到成品橡胶319.3g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
实施例8
连续提取胶乳装置的正极以铂为可变形的薄膜辊筒材料，导电电极板为负极，将干胶质量含量为0.1％的絮凝废胶水150kg从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入天然橡胶弹性体对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形密封连续提取胶乳装置中的胶乳，调节直流电压300V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，澄清液橡胶残余量0.3g，经干燥、包装得到成品橡胶149.7g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
对比例1
在双辊开练机上按配方：烟片橡胶100g，ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、N33030g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
对比例2
采用甲酸对400g固含量为60％的浓缩胶乳进行絮凝，干燥得到240g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
对比例3
采用硫酸对400g固含量为40％的丁苯橡胶进行絮凝，干燥得到120g天然橡胶，取100g天然橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
对比例4
采用氯化钙对400g固含量为40％的丁腈橡胶进行絮凝，干燥得到160g丁腈橡胶，取100g丁腈橡胶，在双辊开练机上按配方：ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA 1g、N330 30g，促进剂CZ 1.2g、硫磺2g，炼胶，停放8h后测硫化曲线和橡胶加工性能，150℃下硫化，测机械性能。
表一 实施例和对比例机械性能对比
Figure BDA0001858273920000071
Figure BDA0001858273920000081

Claims (2)

1.一种电致提取胶乳的方法，其特征在于：以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的连续电解装置，将干胶质量含量为0.1～60％的胶乳从两侧进胶口中通入连续电解装置中，调节直流电压1.5～500V，将正极上凝出的胶条通过牵引装置连续引入漂洗池中漂洗，再经干燥、包装得到成品橡胶；
薄膜辊筒能够滚动，薄膜辊筒采用的可变形材料为金、铂或者导电聚合物薄膜；通过薄膜辊筒内部的气体、液体或者弹性体对薄膜辊筒加压，使薄膜辊筒变形，进而密封连续电解装置中的胶乳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：正极和负极之间设有楔形隔板，楔形隔板上设有进胶口，楔形隔板与薄膜辊筒接触的顶部和底部前端以及进胶口两侧均使用绝缘材料进行密封。
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