CN110317285A - 一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的极强电场连续提取胶乳装置，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。本发明的提出的极强电场装置提取胶乳工艺简单，设备高效、能耗低，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

一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法
技术领域
本发明涉及一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，同时解决了自动化生产、酸絮凝、废胶水处理等关键问题。并提高了之前作用的匀强电场装置的提取效率和降低了提取的能耗。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
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。
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。
为了解决橡胶絮凝过程中所出现的问题，本课题提出了一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法。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。以及专利201811324243.5：一种连续提取胶乳的方法、专利201811324261.3：一种提取胶乳的方法、专利201811324247.3：一种电致提取胶乳的方法，这三个专利匀采用的是匀强电场的提取装置来提取胶乳，本申请提出了一种极强电场提取胶乳的装置和方法，加强了提取的效率，并且生产周期短、成本低，是一种易于工业化、经济附加值高的设备和方法。
本专利区别之处在于对工业化设备、极强电场设备做了深入研究，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。
发明内容
本发明公开了一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，以可变形的薄膜辊筒为正极和导电电极板为负极组成的极强电场连续提取胶乳装置，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。本发明的提出的极强电场装置提取胶乳工艺简单，设备高效、能耗低，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：
一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，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极强电场连续提取胶乳装置，将干胶质量含量为1％～60％的胶乳从进胶口中通入极强电场中，极强电场中电场强度由弱到强再由强到弱；极强电场中最强电场强度与最弱电场强度之比≥10；调节直流电压9～450V，调节极强电场的两极间最小间距0.3～15mm，极强电场中最小间距处电场强度≥30000V/m；胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续出料。
进一步，所述的极强电场连续提取胶乳装置，负极截面是方形或半圆柱槽，正极为可变形材料组成的可滚动的薄膜辊筒，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，使薄膜辊筒变形与负极板形成极强电场，正极通过加入介质变形使得电场发生由弱到强再到弱的变化，在极强电场的正极与负极两极间最小间距处电场强度达到最强，胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片。还可以其他方式只要能达到类似效果就行。
所述的连续提取胶乳装置正极一侧为由可变形材料组成的可滚动的薄膜辊筒，辊筒材料可为金、铂等惰性材料，或者导电聚合物薄膜。
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。
所述的胶片可清洗或不清洗，清洗装置为漂洗池、或喷淋清洗装置。
所述的干燥方式可为低温风干、过热蒸汽干燥、热空气干燥、微波干燥等。
本发明提出的目的是为了解决下面几个工业问题：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。同时提出了极强电场装置的概念，区别于匀强电场装置，极强电场优势更加明显，提取效率更高，成本更低。
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极强电场连续提取胶乳装置，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，通过控制两极板间距和电压大小，形成极强电场，电极板通过设计组成的部件需形成堆积胶液，将胶乳从进胶口中通入提取胶乳装置的负极槽中，调节直流电压及两极板间距，使得强弱电场强度达到10以上，形成极强电场，将正极上电致絮凝出的薄膜胶片通过牵引装置牵引入喷淋清洗装置中清洗，再经过牵引装置进入干燥装置内进行干燥、包装得到成品橡胶。
在原有的基础上，引入极强电场，这是因为原有的设备在提取效率上比较低，只有将电场强度提高至30000v/m的条件下，并且强弱电场形成较大的差值时，提取胶片的效率大幅度提高，胶片的致密性以及含水量都有较大的改善，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
一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，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，能耗低、提取效率大幅提高。
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，生产成本低。
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是本发明的***示意图。
1可变形正极辊；2可变形辊介质入口；3胶乳进料口；4负极板；5排胶口；6负极四壁挡板
具体实施方式
如图1所示，由于可变形正极辊截面为圆形，加入介质后为椭圆形，这样自然两边的距离大中间距离小就形成了极强电场中电场强度由弱到强再由强到弱的变化。
实施例1
极强电场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形成极强电场，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450V，调节极强电场的正极与负极板最小间距0.3mm，电场强度1500000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。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0.005g，经干燥、包装得到成品橡胶599.995g。
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
极强电场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形成极强电场，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9V，调节极强电场的正极与负极板最小间距0.3mm，电场强度30000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为40。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0.003g，经干燥、包装得到成品橡胶249.997g。
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
极强电场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形成极强电场，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，调节极强电场的正极与负极板最小间距1.1mm，电场强度200000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为50。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0.006g，经干燥、包装得到成品橡胶124.994g。
取上述固体橡胶100g、ZnO 5g、硬脂酸2g、防老剂1010NA1g、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
极强电场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形成极强电场，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380V，调节极强电场的正极与负极板最小间距10mm，电场强度38000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。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0.004g，经干燥、包装得到成品橡胶399.996g。
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
极强电场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形成极强电场，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110V，调节极强电场的正极与负极板最小间距2.2mm，电场强度50000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为40。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0.006g，经干燥、包装得到成品橡胶599.994g。
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
极强电场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形成极强电场，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150V，调节极强电场的正极与负极板最小间距3mm，电场强度50000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为70。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0.008g，经干燥、包装得到成品橡胶479.992g。
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
极强电场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形成极强电场，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，调节极强电场的正极与负极板最小间距1mm，电场强度300000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。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0.007g，经干燥、包装得到成品橡胶319.993g。
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
极强电场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形成极强电场，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150V，调节极强电场的正极与负极板最小间距3mm，电场强度50000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为40。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。
实施例9
极强电场提取胶乳装置的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％的丁基胶乳200g和60％田间天然胶乳500g、以及5％胶清胶乳1000g从两侧进胶口中通入连续提取胶乳装置中，薄膜辊筒内通入天然橡胶弹性体对薄膜辊筒加压形成极强电场，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50V，调节极强电场的正极与负极板最小间距0.5mm，电场强度100000V/m，最强电场强度与最弱电场强度之比为30。胶乳经极强电场提取后得到澄清液和橡胶片，将胶乳提取至澄清液橡胶残质量余量小等于0.004g，经冷风干燥、包装得到成品橡胶379.996g。
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

Claims (6)

1.一种极强电场可变形辊筒提取胶乳的方法，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极强电场连续提取胶乳装置，将干胶质量含量为1％～60％的胶乳从进胶口中通入极强电场中，极强电场中电场强度由弱到强再由强到弱；极强电场中最强电场强度与最弱电场强度之比≥10；调节直流电压9～450V，调节极强电场的两极间最小间距0.3～15mm，极强电场中最小间距处电场强度≥30000V/m；胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片，将正极辊上凝出的胶片通过牵引装置连续出料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的连续提取胶乳装置正极为由可变形材料组成的可滚动的薄膜辊筒，辊筒材料为金、铂，或者导电聚合物薄膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的极强电场连续提取胶乳装置，负极截面是方形或半圆柱槽，正极为可变形材料组成的可滚动的薄膜辊筒，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，使薄膜辊筒变形与负极板形成极强电场，正极通过加入介质变形使得电场发生由弱到强再到弱的变化，在极强电场的正极与负极两极间最小间距处电场强度达到最强，胶乳经极强电场提取后在另一侧得到余液和橡胶片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：胶片清洗或不清洗，清洗装置为漂洗池或喷淋清洗装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用的干燥方式为低温风干、过热蒸汽干燥、热空气干燥或微波干燥。
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