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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Verarbeitung von hochviskosen elastomeren
Materialien, wie Polyisobutylen, für Kaugummi und Kaugummigrundlagen
gerichtet.
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Hintergrund
der Erfindung
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Elastomere sind einer der Hauptbestandteile einer
Kaugummigrundlage und daher umgekehrt einer der Hauptbestandteile
eines Kaugummiendprodukts. Typischerweise wird eine Kaugummigrundlage
getrennt vom endgültigen
Kaugummi hergestellt, obwohl es Systeme gibt, die ein Kaugummiendprodukt
in einem kontinuierlichen Prozess herstellen können.
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Eine Kaugummizusammensetzung umfasst typischerweise
einen wasserlöslichen
Massenteil, einen wasserunlöslichen
Kaugummigrundlagenteil und typischerweise wasserunlösliche Geschmacksstoffe. Die
unlösliche
Gummigrundlage umfasst allgemein Elastomere, Elastomerlösemittel,
Weichmacher, Wachse, Emulgatoren und anorganische Füllstoffe. Der
wasserlösliche
Teil verschwindet mit einem Teil des Geschmacksstoffs über einen
Zeitraum während des
Kauens. Der Gummigrundlagenteil verbleibt während des Zeitraums, in dem
das Produkt gekaut wird, im Mund.
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Das Chargenverfahren zur Herstellung
von Kaugummis wurde lange als Standard zur Herstellung von Kaugummis
sowie Gummigrundlagen im großtechnischen
Maßstab
betrachtet. Die Chargenprozesse, die typischerweise Sigma-Schaufelmischer
verwendeten, tendieren jedoch dazu, arbeitsaufwen dig zu sein und
Kaugummis variierender Konsistenz zu erzeugen.
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Verschiedenste Anstrengungen wurden
hinsichtlich des Versuchs unternommen, die Herstellung einer Gummigrundlage
und von Kaugummi zu vereinfachen und die hierfür erforderliche Zeit zu vermindern,
sowie eine Gummigrundlage und Gummiprodukte mit besseren und konsistenteren
Eigenschaften herzustellen. Beispielsweise ist die Verwendung von
kontinuierlichen Extrudern zur Herstellung eines Kaugummiendprodukts
im US-Patent Nr. 5 135 760 von Degady et al., US-Patent Nr. 5 045 325 von Lesko et al.
und US-Patent Nr. 4 455 407, das an Kramer et al. erteilt wurde,
angegeben. Auch gibt es mehrere einschlägige Verfahren zur kontinuierlichen
Herstellung einer Kaugummigrundlage unter Verwendung einer kontinuierlichen
Extrusionsvorrichtung. Diese sind beispielsweise in US-Patent Nr.
5 419 919 und 5 486 366, beide von Song et al. offenbart.
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Die US-A-5 650 083 offenbart thermoplastisches
Material, das in einer trichterartigen Einheit mit einem Schmelzgitter
mit einer darin befindlichen Mehrzahl von Öffnungen aufschmilzt.
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Die GB-A-1 360 617 befasst sich mit
der Schmelzextrusion von thermoplastischen Polymeren zu extrudierten
Artikeln.
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Die kontinuierlichen Gummigrundlageverfahren
und Kaugummiendproduktverfahren, die in diesen Patenten offenbart
sind, verwenden typischerweise eine kontinuierliche Extrusionsvorrichtung,
beispielsweise einen Doppelschneckenextruder. Kontinuierliche Extrusionsvorrichtungen,
die zur Herstellung einer Kaugummigrundlage oder eines Kaugummiendprodukts
oder von beiden verwendet werden können, umfassen Extruder von
Japan Steel Works, Leistriztz, Werner & Pfleiderer Corp. und Buss Mfg. Co.,
WLS, Togum und Baker Perkins.
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Diese Extruder besitzen typischerweise mehrere
unterschiedliche Beschickungsguteinlässe, wo die Bestandteile zugegeben
werden, und die Längsschnecken
im Extruderzylinder sind mit unterschiedlichen Arten von Misch-
und Blendelementen ausgestattet.
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Während
unterschiedliche Anlagenhersteller unterschiedliche Arten von Schneckenelementen herstellen,
umfassen die häufigsten
Arten Transportelemente, Kompressionselemente, Rücktransportelemente, Homogenisierelemente
(beispielsweise Scherscheiben und gezahnte Elemente) und Knetscheiben
und Kneckblöcke.
Diese verschiedenen Arten von Elementen und andere Elemente, die
typischerweise in Extrusionsvorrichtungen verwendet werden, insbesondere
Doppelschneckenextruder, sind einschlägig bekannt und im Handel erhältlich. Die
Elemente sind häufig
für die
spezielle Art der verwendeten Extruder spezifisch gestaltet. Im
Hinblick darauf variieren für ähnliche
Funktionen geplante Elemente hinsichtlich der Gestaltung in Abhängigkeit von
der Art des Extruders, für
den sie geplant sind.
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Ungeachtet dessen, ob eine diskontinuierliche
Extruderverarbeitungsvorrichtung oder eine kontinuierliche Extruderverarbeitungsvorrichtung
zur Herstellung der Kaugummi- und Gummigrundlagenprodukte verwendet
wird, ist es wichtig, die verschiedenen Bestandteile für diese
Produkte in einer optimalen Form und einem optimalen Zustand bereitzustellen.
Dies verbessert die Geschwindigkeit und Effizienz der Endverarbeitung.
Im Hinblick darauf erfordern Bestandteile, wie die Füllstoffe,
Elastomere, Weichmacher, Öle,
Wachse u.dgl., häufig
eine spezielle Behandlung oder Zubereitung vor dem Einbringen in
den Chargen- oder Extrusionsprozess.
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Die Zubereitung der Bestandteile
ist besonders wichtig, wenn eine kontinuierliche Extrusionsverarbeitungsvorrichtung
verwendet wird. Die der kontinuierlichen Extrusionsvorrichtung zugeführten Bestandteile
werden vorzugsweise in der optimalen Größe, Form, dem optimalen Zustand
und der optimalen Temperatur für
ein problemloses Handhaben, Einführen
und Vermischen mit den anderen Bestandteilen im Extruder bereitgestellt.
Auch ist es aufgrund der Eigenschaften von einigen der verschiedenen Bestandteilmaterialien
notwendig, diese der Reihe nach vorzupräparieren oder vorzumischen,
damit sie in den Extruder im bestmöglichen Zustand eingeführt werden.
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Wie angegeben, ist eine wichtige
Komponente einer Gummigrundlage der elastomere Teil, der natürlich vorkommende Elastomere,
synthetische Elastomere oder Kombinationen derselben umfassen kann.
Dieses Element der Gummigrundlage ist insofern wichtig, als er für den unlöslichen
Körper mit
Elastizität
zum Erholen von der durch Kauen verursachten Verformung sorgt. Zur
Herstellung einer Gummigrundlage ist es wichtig, dass andere Komponenten,
die in der Grundlagenzusammensetzung zum Herbeiführen verschiedener Eigenschaften
des gebildeten Kaugummis eingearbeitet werden, mit dem elastomeren
Teil sorgfältig
gemischt werden, so dass das gesamte Gummigrundlagenprodukt eine passende
Elastizität
als homogene Phase beibehält.
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Feste Elastomere, die zur Verwendung
in Kaugummigrundlagen und Kaugummiendprodukten geeignet sind, umfassen
synthetische Gummis oder Elastomere, wie ein Butadien-Styrol-Copolymer, Polyisobutylen
und ein Isobutylen-Isopren-Copolymer, sowie
natürlich
vorkommende Gummis oder Elastomere, wie Kaugummi aus Sapotilsaft,
natürlichen Kautschuk,
Jelutong, Balatea, Guttapercha, Lechi, Caspi, Sorva oder Gemische
derselben.
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Polyisobutylen wird üblicherweise
als eine der Elastomerkomponenten für die Gummigrundlage verwendet.
Polyisobutylen verleiht dem Gummiendprodukt "Kaubarkeit", da viele
elastomere Materialien, wie Kautschuk, hart zu kauen sind. Polyisobutylenmaterialien
sind im Handel erhältlich,
beispielsweise bei Ritchem Corp. und Exxon Corp. (VISTANEX®).
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Polyisobutylen und andere elastomere
Materialien mit hohen Molekulargewichten, beispielsweise größer als
30 000, sind in einem großtechnischen Verfahren
schwierig zu verarbeiten. Diese Materialien sind aufgrund ihrer
Viskosität,
Konsistenz und Eigenschaften schwierig zu handhaben, zu schmelzen, zu
vermahlen und in kleinere Teile zu zerschneiden. Die Schwierigkeiten
bei der Verarbeitung dieser Materialien kommen zusammen, wenn ein
kontinuierliches Extrusionsverfahren verwendet wird, bei dem die
Materialien in einer vorgegebenen Menge und in einem vorgegebenen
Zustand und einer vorgegebenen Temperatur zugegeben werden müssen.
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Beim Schmelzen und Verarbeiten dieser elastomeren
Materialien, wie Polyisobutylen, ist es wichtig, keine Luft in den
geschmolzenen oder verflüssigten
Materialien einzufangen. Eingefangene Luft verhindert ein genaues
und effi zientes abgemessenes Zuführen
des Materials zu einem kontinuierlichen Extruder. Eingefangene Luft
fördert
auch eine unerwünschte
Oxidation des Materials.
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In diskontinuierlichen Verfahren
können
die elastomeren Materialien mit hohem Molekulargewicht problemloser
als bei Extrudern verwendet werden. Bei diskontinuierlichen Verfahren
werden die Ballen, Platten oder Zylinder des Materials einfach in den
Chargenmischtank eingeführt
und im Laufe der Zeit aufschmelzen und sich mit den anderen Komponenten
im Tank vermischen gelassen.
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Zum Schmelzen dieser Materialien
ist es typischerweise notwendig, diese über 120–150°C (250–300°C) zu erhitzen. Um diese Materialien
in einem Kaugummi- oder Gummigrundlagenverarbeitungssystem unter
Verwendung einer kontinuierlichen Extrusionsvorrichtung zu verwenden,
ist es notwendig, sie auch bei diesen erhöhten Temperaturen zu halten,
damit sie in flüssigem
Zustand bleiben. Diese erhöhten
Temperaturen können
jedoch, wenn sie über
einen längeren
Zeitraum im Hauptextruder verwendet werden, andere Bestandteile
im System nachteilig beeinflussen.
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Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten
Vorrichtung zur Herstellung von Kaugummiprodukten und Gummigrundlageprodukten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch die Bereitstellung eines
verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung zur Herstellung
von elastomeren Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polyisobutylen,
um eine verbesserte Verarbeitung von Kaugummi- und Gummigrundlageprodukten
zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung
zum kontinuierlichen Aufschmelzen und Aufbewahren von elastomeren
Materialien, wie Polyisobutylen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten
Vorrichtung zum Zuführen
von elastomeren Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polyisobutylen,
in flüssigem oder
geschmolzenem Zustand in ein Kaugummi- oder Gummigrundlageverarbeitungssystem,
das einen kontinuierlichen Extruder verwendet.
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Diese und andere Aufgaben, Leistungen
und Vorteile werden von der vorliegenden Erfindung erfüllt, die
in der folgenden Beschreibung in bevorzugter Form detailliert angegeben
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Durch die vorliegende Erfindung erfolgt
die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Gummigrundlage
und des Kaugummiendprodukts ensprechend Anspruch 1 bzw. 16. Die
Vorrichtung wird zum Schmelzen und zur Zufuhr bestimmter elastomerer
Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polyisobutylen, die
als einige der Bestandteile des Gummigrundlagenprodukts verwendet
werden, verwendet. Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung mit
elastomeren Materialien mit Molekulargewichten von über 30 000
verwendet. Wenn eine kontinuierliche Extrusionsvorrichtung verwendet
wird, können
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten und zugeführten elastomeren Materialien während der
Durchführung
eines kontinuierlichen, im Gleichgewicht befindlichen Gummigrundlageextrusionsverfahrens
dem Zylinder der Extrusionsvorrichtung zugeführt und direkt in diesen eingeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein festes Teil des elastomeren Materials auf Sätze oder Gruppen
erhitzter Platten, die in fächerartigen
Konfigurationen angeordnet sind, positioniert. Die Platten werden
von innen beheizt, beispielsweise durch Zirkulation von erhitztem Öl, um die
zum Schmelzen des Materials notwendigen Temperaturen zu erreichen.
Eine Mehrzahl beheizter Verteilerelemente befindet sich unmittelbar
unterhalb der beheizten Schmelzplatten. Die Schmelzplatten und Verteilerelemente
befinden sich in einem Gehäuse,
das durch durch Dampf beheizte Ummantelungen bei einer erhöhten Temperatur
gehalten wird. Das Gehäuse
ist umgekehrt mit einer beheizten schrägen Leitung verbunden, die
das aufgeschmolzene und verflüssigte Material
in einen beheizten Aufbewahrungstank führt. Die unter einem Winkel
stehende Leitung und der Aufbewahrungstank sind beide an ihren Außenflächen mit
Wasserdampfrohrschlangen ummantelt. Auf diese Weise werden die Leitung
und der Aufbe wahrungstank auf Temperaturen über dem Schmelzpunkt des elastomeren
Materials im Gehäuse
erhitzt.
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Das sich auf den Schmelzplatten im
Gehäuse
befindliche elastomere Material wird langsam erhitzt und aufgeschmolzen
und durch die fächerartigen
Platten auf die Verteilerelemente geleitet. Das aufgeschmolzene
Material wird umgekehrt durch die Schwerkraft und ohne Rühren oder
die Bildung von Luftblasen durch die unter einem Winkel stehende Leitung
und in den Aufbewahrungstank geleitet.
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Das verflüssigte Material wird durch
einen Mechanismus mit Isolierventil und Pumpe aus dem Aufbewahrungstank
ausgetragen. Mit der vorliegenden Erfindung werden elastomere Materialien
mit hohem Gewicht, wie Polyisobutylen, aufgeschmolzen und als Flüssigkeit
mit minimalem Einfangen von Luft und minimaler Oxidation aufbewahrt.
Das Material ist in einem Zustand und bei einer Temperatur derart, dass
es direkt in ein kontinuierliches Extrusionsverfahren eingeführt und
präzise
in dieses abgemessen werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm für ein
Elastomerverarbeitungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung des in 1 angegebenen
Verarbeitungssystem von der Seite;
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3 ist
eine Darstellung des in 1 und 2 angegebenen Verarbeitungssystems
von oben;
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4 zeigt
eine bevorzugte fächerartige
Anordnung von beheizten Schmelzplatten gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das die Verwendung der vorliegenden
Erfindung mit einem kontinuierlichen Kaugummi- oder Gummigrundlageextrusionsverfahren
erläutert.
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Beste Art und Weise(n) der
Durchführung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist besonders
geeignet zur Verarbeitung von elastomeren Produkten und Materialien
mit hohem Molekulargewicht, wie Polyisobutylen, die als einige der
Bestandteile in Kaugummigrundlagen und Kaugummiproduk ten verwendet
werden. Eine der Handelsbezeichnungen für Polyisobutylen ist Vistanex®,
ein Produkt der Exxon Corp.. Andere im Handel erhältliche
Polyisobutylenmaterialien sind bei Ritchem Corp. erhältlich.
Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung mit elastomeren Materialien
mit Molekulargewichten von über 30
000 verwendet.
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Im allgemeinen erfolgt durch die
vorliegende Erfindung die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines
Verfahrens zum Aufschmelzen, Aufbewahren und Zuführen von elastomeren Materialien
mit hohem Molekulargewicht zur Erleichterung von deren Einführung und
Verwendung in einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung einer
Kaugummigrundlage oder eines Kaugummiprodukts. Im Hinblick darauf
ist klar, dass die vorliegende Erfindung zur Herstellung der Polyisobutylenkomponente
oder einer anderen elastomeren Komponente von entweder einer Kaugummigrundlage
oder einem Kaugummiendprodukt verwendet werden kann und mit entweder
einem diskontinuierlichen System oder einem kontinuierlichen Extrudersystem
verwendet werden kann.
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Für
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung
ist sie hier in Bezug auf deren Verwendung in einem kontinuierlichen
Gummigrundlageherstellungssystem, das einen Extruder verwendet,
beschrieben. Insbesondere erleichtert die vorliegende Erfindung
bei der Verwendung mit einem kontinuierlichen Gummigrundlageverfahren
das Zuführen
und Vermischen bestimmter elastomerer Komponente der Gummigrundlage
mit andere Bestandteilen und Komponenten des Gummigrundlageprodukts.
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Eine schematische Erläuterung
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 angegeben
und mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. 2 und 3 sind
Darstellungen der Vorrichtung 10 von der Seite bzw. von
oben, wobei 2 ein partieller
Querschnitt ist. 4 ist
eine vergrößerte Darstellung
der mit der vorliegenden Erfindung verwendeten bevorzugten fächerförmig gestalteten
Schmelzplatten. 5 ist
ein schematisches Diagramm der Verwendung der vorliegenden Erfindung
mit einem kontinuierlichen Gummigrundlageherstellungsverfahren unter
Verwendung eines kontinuierliche Extruders 12.
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Elastomere sind einer der Hauptbestandteile einer
Kaugummigrundlage und daher umgekehrt einer der Hauptbestandteile
eines Kaugummiendprodukts. Eine typische Kaugummigrundlage umfasst ein
oder mehrere Elastomere zusammen mit einem oder mehreren Füllstoffen,
Elastomerlösemitteln, Weichmachern
und optional Polymeren, Wachsen, Emulgatoren und verschiedene Farben,
Geschmacksstoffen und Antioxidantien. Der elastomere Teil des Produkts
kann natürlich
vorkommende Elastomere, synthetische Elastomere oder Kombinationen
derselben umfassen. Feste Elastomere, die zur Verwendung in Kaugummigrundlagen
und dem Kaugummiendprodukt geeignet sind, umfassen synthetische
Kautschuke oder Elastomere, wie ein Butadien-Styrol-Copolymer, Polyisobutylen
und ein Isobutylen-Isopren-Copolymer sowie natürliche Kautschuke oder Elastomere,
wie Kaugummi aus Sapotilsaft, natürlichen Kautschuk, Jelutong,
Baletea, Guttapercha, Lechi, Caspi, Sorva oder Gemische derselben.
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Das elastomere Element der Gummigrundlage
verleiht dem unlöslichen
Körper
Elastizität
zur Erholung von einer durch Kauen verursachten Verformung. Bei
vielen Gummigrundlagen und Gummiprodukten werden andere elastomere
Produkte, wie Polyisobutylen, zugegeben, um die "Kaubarkeit" des Gummis
zu erhöhen.
Viele dieser elastomeren Materialien sind jedoch schwierig zu handhaben
und zu verarbeiten. Insbesondere wechseln diese Materialien aufgrund
ihrer niedrigen Viskosität,
ihres hohen Molekulargewichts und der dadurch erhaltenen Charakteristika
und Eigenschaften nicht einfach oder schnell von einem Feststoff
zu einer Flüssigkeit.
Außerdem
ist es schwierig, diese Materialien genau abzumessen und in konsistenter
Weise in die Gummigrundlage oder das Kaukummiprodukt einzuführen, wodurch
häufig
ungleichförmige
und inkonsistente Ergebnisse erhalten werden.
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Ungeachtet dessen, ob ein diskontinuierliches
Verfahren oder eine kontinuierliche Extruderverarbeitungsvorrichtung
zur Herstellung des Kaugummis und der Gummigrundlageprodukte verwendet
wird, ist es wichtig, die verschiedenen Bestandteile für diese
Produkte in der besten Form und dem besten Zustand bereitzustellen.
Dies verbessert die Geschwindigkeit und Effizienz der Endverarbeitung und
es sichert die Konsistenz und Gleichförmigkeit von Charge zu Charge
und Produkt zu Produkt. In dieser Hinsicht erfordern Bestandteile,
wie die Füllstoffe,
Elastomere, Weichmacher, Öle,
Wachse u.dgl., häufig
eine spezielle Handhabung und Zubereitung vor dem Einbringen in
das diskontinuierliche oder Extrusionsverfahren.
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Die Zubereitung der Bestandteile
ist besonders wichtig, wenn eine kontinuierliche Extrusionsverarbeitungsvorrichtung
verwendet wird. Die einer kontinuierlichen Extrusionsvorrichtung
zugeführten Bestandteile
werden für
ein problemloses Einführen und
Vermischen mit den anderen Bestandteilen im Extruder vorzugsweise
in der optimalen Größe, Form,
dem optimalen Zustand (fest, flüssig
o.dgl.) und der optimalen Temperatur bereitgestellt. Ferner machen
es die Eigenschaften von vielen der verschiedenen Materialbestandteile
erforderlich, dass sie mit anderen Materialien vorgemischt werden
oder verfestigt werden, zu Teilchen zerbrochen werden oder verflüssigt werden,
um sie im bestmöglichen
Zustand in den Extruder einzuführen.
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Ferner ist es wichtig, die Menge
des Materials, das der kontinuierlichen Extrusionsverarbeitungsvorrichtung
zugeführt
wird, genau zu steuern, um Gleichförmigkeit und Konsistenz im
Endprodukt zu bieten. Häufig
wird, wenn Elastomere, wie Polyisobutylen, und andere Bestandteile
aufgeschmolzen und verflüssigt
werden, Luft darin aufgenommen oder es werden andere Verunreinigungen
darin eingebettet, was das Einheitsgewicht und Einheitsvolumen der
Materialien beeinflusst. Luft verursacht auch eine unerwünschte Oxidation
der Materialien. Diese Faktoren beeinflussen umgekehrt die Qualität, Gleichförmigkeit
und Konsistenz der Endprodukte.
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Durch die vorliegende Erfindung erfolgt
die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens, das hochviskose
elastomere Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polyisobutylen,
auf optimale Weise zur möglichen
Verwendung in einem kontinuierlichen Extrusionssystem aufschmilzt
und verarbeitet. Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung mit
elastomeren Materialien mit Molekulargewichten von über 30 000
verwendet. Das Material wird in einem beheizten Tank gleichförmig aufgeschmolzen
und erfährt
einen Schwerkrafttransport vom Tank zu einem Vorhaltebereich der
Vorrichtung. Dies sichert eine konstante Aufschmelztemperatur und
konstante Aufschmelzbedingungen für das Material und es hält auch
ein Einfangen von Luft und das Eindringen von anderen Verunreinigungen
in das System ab.
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Wie in 1–3 angegeben, umfasst die
Vorrichtung 10 einen Gehäuseabschnitt 14, einen
in einem Winkel stehenden Förder-
oder Transportabschnitt 16 und einen Vorhaltetankabschnitt 18.
Jeder der drei Abschnitte 14, 16 und 18 wird
rings um den Außenumfang
beheizt, um im Inneren eine gewünschte
Temperatur in allen Abschnitten der Vorrichtung 10 aufrechtzuerhalten.
Im Hinblick darauf sind das Gehäuse 14 sowie
die Abschnitte 16 und 18 außen mit Dampfrohrschlangen 20 ummantelt.
Diese Ummantelungen besitzen Durchlässe und Leitungen zum Zirkulieren
eines erhitzten Fluidums, wie Wasserdampf, und sie befinden sich
auf oder rings um den Außenumfang
des Gehäuses
und benachbarter Abschnitte. Die Dampfrohrschlangen 20 sind von herkömmlicher
Gestalt und werden mit Dampf aus (nicht gezeigten) herkömmlichen
Quellen mit entsprechenden Kontrollen der Temperatur und Zufuhr versorgt.
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Eine oder mehrere Meßdosen 24 befinden sich
vorzugsweise an verschiedenen Punkten an der Vorrichtung, um das
Gewicht derselben und die Menge von erhitztem und verflüssigtem
Material in der Vorrichtung zu bestimmen. Im Hinblick darauf ist
in 2 eine Meßdose 24 angegeben,
obwohl klar ist, dass eine Mehrzahl von Meßzellen gemäß der herkömmlichen Praxis bereitgestellt
werden kann.
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Mehrere Sätze 26 beheizter Schmelzplatten 28 befinden
sich im Gehäuse 14.
Die Platten 28 sind in Sätzen 26 fächerartiger
Gruppen oder Anordnungen, wie in 1, 2 und 4 angegeben, positioniert. Die Platten
besitzen größere Öffnungen
oder Zwischenräume
G an deren oberen Enden und kleinere Öffnungen oder Zwischenräume H an
ihren unteren Enden. Auch weisen, wie in 4 gezeigt ist, die oberen und unteren
Längskanten 30 und 31 der
einzelnen Platten 28 zugespitzte Enden auf.
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Ein oder mehrere Verteilerelemente
sind unmittelbar unterhalb der Sätze 26 beheizter
Schmelzplatten 28 positioniert. Im Hinblick darauf weist
die in 1 und 2 gezeigte Ausführungsform
der Erfindung drei Verteilerelemente
32A, 32B und 32C auf.
Diese entsprechen den drei Sätzen 26 beheizter
Schmelzplatten. Die Platten 32A, 32B und 32C sind
von unterschiedlicher Länge
und werden zum Verteilen von geschmolzenem oder verflüssigtem
Material, das über
die Plattensätze
zur in einem Winkel stehenden Oberfläche bzw. stehenden Oberflächen des
Förderabschnitts 16 fließt, verwendet.
Dies ist durch die Pfeile 34 in 1 und 2 angegeben.
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Das Gehäuse und die Abschnitte der
Vorrichtung sowie die Schmelzplatten und Verteilerelemente sind
vorzugsweise jeweils aus rostfreiem Stahlmaterial hergestellt. Die
Schmelzplatten und Verteilerelemente weisen im Inneren Hohlräume auf
und werden durch das Zirkulieren von erhitztem Öl innen beheizt. Vorzugsweise
umfassen die Platten und Elemente zwei zusammengeschweißte Materiallagen.
Das Öl wird
durch eine (nicht gezeigte) herkömmliche
Quelle erhitzt und zugeführt.
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Der Vorhaltetankabschnitt 18 der
Vorrichtung 10 wird zum Sammeln und Aufbewahren einer Menge
des verflüssigten
elastomeren Materials verwendet. Wie in 2 gezeigt, wird das Material geschmolzen
und es gelangt auf der schrägen
Seite 42 des in einem Winkel befindlichen Förderabschnitts 16 nach
unten und bildet im Vorhaltetankbereich eine Charge geschmolzenen
Materials 40.
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Das elastomere Material wird durch
die obere Öffnung 15 des
Gehäuseabschnitts 14 in
die Vorrichtung 10 eingeführt. Das elastomere Material
kann in einer beliebigen herkömmlichen
festen Form, wie Platten, Ballen oder Zylinder, zugeführt werden
und es kann in das Gehäuse
manuell oder durch einen beliebigen herkömmlichen automatischen Mechanismus,
wie eine Kranvorrichtung von oben, eingeführt werden. Im Hinblick darauf
sind eine Mehrzahl von Zylindern 50 als Phantomlinien in 1 und 2 repräsentativ für die mit der vorliegenden
Erfindung verwendeten elastomeren Materialien angegeben. Die festen
Teile des Materials 50 werden direkt auf die oberen Enden 30 der
beheizten Plattenelemente 28 gegeben.
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Vorzugsweise werden die Temperaturen
der Rohrschlangen mit erhitztem Wasserdampf am Gehäuse 14 und
den Abschnitten 16 und 18 sowie die Temperaturen
in den beheizten Schmelz platten 28 und Verteilerelementen 32A-C über der
Schmelztemperatur des in dem Verfahren verwendeten elastomeren Materials
gehalten. Beispielsweise wird mit Polyisobutylen die Temperatur
der verschiedenen Komponenten der Vorrichtung 10 bei Temperaturen
bis zu 260°C
(500°F)
gehalten.
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Aufgrund der erhöhten Temperaturen in der Vorrichtung 10 schmilzt
das auf den Schmelzplatten 28 im Gehäuseabschnitt 14 positionierte
elastomere Material auf langsame und gleichförmige Weise. Das Material fließt durch
die Schwerkraft über
die fächerförmigen Gruppierungen
erhitzter Platten 28 nach unten, längs der im Winkel befindlichen
erhitzten Verteilerelemente 32A, 32B und 32C und
gegen die beheizte schräge
Seite 42 des Förderabschnitts 16. Das
aufgeschmolzene Material fließt
dann durch die Schwerkraft in den Vorhalte- oder Aufbewahrungstankabschnitt 18.
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Um das verflüssigte Material zur weiteren Verarbeitung
zu verwenden, ist die Vorrichtung 10 mit einem Ventilmechanismus 60 und
einem Pumpenmechanismus 62 ausgestattet. Die Ventil- und
Pumpenmechanismen 60 und 62 werden durch ein herkömmliches
Steuer- und Zufuhrsystem 64 kontrolliert, um eine passende
Menge von flüssigem
Elastomermaterial 40 auszutragen, wenn sie für das Kaugummi-
oder Gummigrundlageverarbeitungssystem benötigt wird. Im Hinblick darauf
ist ein Rohr oder eine Leitung 66 mit dem Ventilmechanismus 60 verbunden,
um das flüssige
Material 40 dem Extruder 12 zuzuführen.
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In Bezug auf 5 umfasst der Extruder 12 einen
Längszylinderabschnitt 70 und
einen Motor- und Steuerabschnitt 72. Der Zylinder 70 besitzt
ein oder mehrere, in diesem befindliche Längsschneckenelemente 74,
die die Gummigrundlagebestandteile verarbeiten und sie in einer
homgenen geschmolzenen Masse zum Austragende 76 bewegen, wo
die Masse in entsprechende Behälter 78 ausgetragen
wird.
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Der Extruder 12 besitzt
eine Zahl von Einlassöffnungen,
von denen drei (80, 82 und 84) angegeben
sind. Hierbei ist auch eine größere oder
kleinere Zahl von Einlassöffnungen
für den
Extruder 12 möglich.
In der in 5 dargestellten
repräsentativen
Extrudervorrichtung 12 wird das flüssige elastomere Material von
der Vorrichtung 10 in den Zylinder 70 des Extruders
durch die Einlassöffnung 82 eingeführt.
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Um eine adäquate Menge des elastomeren Materials
für ein
großtechnisches
Gummigrundlageverfahren aufzuschmelzen und zu verarbeiten, sollte die
Vorrichtung 10 eine wesentliche Größe und ein wesentliches Fassungsvermögen aufweisen.
Im Hinblick darauf kann zur Erläuterung
der Gehäuseabschnitt 12 eine
Dimension von mehreren Fuß längs der
einzelnen Seiten aufweisen. Vorzugsweise besitzt ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Schmelztankvorrichtung, die das elastomere Material
bei einer Temperatur einer Höhe
von 260°C (500°F) schmilzt.
Für großtechnische
Zwecke besitzt die Vorrichtung 10 vorzugsweise die Fähigkeit,
mehrere 100 Pfund pro Stunde des geschmolzenen Materials aufzuschmelzen
und bei der gewünschten
Zufuhrtemperatur zu halten. Das Zufuhrsystem führt das geschmolzene Material
der Verarbeitungsvorrichtung oder dem Extruder konsistent und mit
einer spezifizierten Zufuhrrate und einem spezifizierten Druck zu.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
dies dadurch, dass das geschmolzene Material durch Schwerkraft fließen kann
und per Schwerkraft von den Schmelzplatten 28 zum Vorhalteabschnitt 18 der Vorrichtung übergeht,
wobei ein Einfangen von Luft verhindert wird.
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Das System gemäß der vorliegenden Erfindung
weist auch vorzugsweise eine Schmelzoberfläche von mehreren hundert feet2 in den beheizten Schmelzplattenelementen 28 auf.
Ferner wird die Zufuhrpumpe 62 mit Wasserdampf beheizt
und auf eine herkömmliche
Weise gesteuert, um das geschmolzene Material mit einer für eine großtechnische
Produktion konsistenten Rate zuzuführen.