PL184778B1 - Sposób ciągłego wytwarzania podstawy gumy do żucia - Google Patents

Abstract

1. Sposób ciaglego wytwarzania podstawy gumy do zucia za pomoca mieszalnika lopatkowo-trzpieniowego wyposazonego w strefe mieszania rozprowadzajacego i strefe mieszania rozpraszajacego, do którego w sposób ciagly wprowadza sie skladniki podstawy gumy do zucia obejmujace elastomer, wypelniacz i polioctan winylu w postaci stalej i po wymieszaniu w mieszalniku, z mieszalnika wyprowadza sie gotowa podstawe gumy, znamienny tym, ze do mieszalnika wprowadza sie polioctan winylu w postaci stalej, któ- rego temperatura zeszklenia jest nizsza niz temperatura elastomeru i wypelniacza w mie- szalniku, w ilosci stanowiacej od przynajmniej 10% do 41% uzyskanej podstawy gumy, w temperaturze nie wyzszej niz temperatura pokojowa. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłego wytwarzania podstawy gumy do żucia.

Typowa podstawa gumy do żucia zawiera jeden lub więcej elastomerów, jeden lub więcej wypełniaczy, jeden lub więcej rozpuszczalników elastomerów, zmiękczacze i ewentualnie plastyczne polimery, woski, emulgatory oraz różnorodne barwniki, środki smakowozapachowe i przeciwutleniacze. Zwłaszcza ze względu na trudności w stapianiu i równomiernym dyspergowaniu elastomerów z innymi składnikami gumy, wytwarzanie podstawy gumy stanowiło zwykle uciążliwy i czasochłonny proces. Dla przykładu, jeden z takich konwencjonalnych sposobów wykorzystywał mieszalnik okresowy z mieszadłem łopatkowym sigma o stosunku szybkości obrotów przedniej do tylnej części łopatki 2:1 i temperaturze mieszania około 80-120°C.

W tym konwencjonalnym procesie, dodawano początkową porcję elastomeru, rozpuszczalnik elastomeru i wypełniacz, do ogrzewanego mieszalnika z mieszadłem łopatkowym sigma i ujednorodniano, aż elastomer stopił się lub rozmiękczył i dokładnie mieszano ze zmiękczaczem oraz wypełniaczami. Następnie stopniowo dodawano pozostałą porcję elastomeru, rozpuszczalnik elastomeru, zmiękczacze, wypełniacze emulgatory i inne składniki kolejno porcjami, często odczekując dla stopniowego dodatku każdej porcji czas wystarczający do uzyskania całkowitego zmieszania, przed dodaniem dalszych składników. Zależnie od składu poszczególnego rodzaju podstawy gumy do żucia i w szczególności ilości i rodzaju elastomeru, konieczne było upewnienie się, że każdy składnik został dokładnie zmieszany. Ogólnie, wszędzie dla sporządzenia jednej porcji podstawy gumy do żucia z zastosowaniem konwencjonalnego mieszalnika łopatkowego sigma mógł być wymagany czas mieszania od jednej do czterech godzin.

Po zmieszaniu, stopiony wsad podstawy gumy, musiał być opróżniony z mieszalnika do miski powlekanej lub wykładanej lub przepompowany do innych urządzeń takich jak zbiorniki magazynowe lub urządzenia filtrujące a następnie wytłaczany lub odlewany na kształtki, pozostawiony do ochłodzenia i zestalenia, zanim stał się gotowy do użycia jako guma do żucia. Ten dodatkowy proces przetwarzania i oziębiania wymagał dużo czasu.

184 778

Podejmowano różnorodne wysiłki, aby uprościć i zmniejszyć czas wymagany do wytworzenia podstawy gumy do żucia. Publikacja Europejskiego Patentu nr 0273809 w imieniu General Foods Francja, ujawnia sposób wytwarzania podstawy nieklejącej gumy do żucia polegający na mieszaniu komponentów elastomerowych i wypełniaczy razem w ciągłym mieszalniku kulowym do postaci nieklejącej mieszaniny wstępnej, dzieleniu tej wstępnej mieszanki na porcje i mieszaniu tych porcji z przynajmniej jednym innym nieklejącym komponentem podstawy gumy do żucia w młynie proszkowym. Alternatywnie, porcje mieszaniny wstępnej i inne składniki podstawy mogły być dodawane do wytłaczarki wraz z innymi komponentami gumy do żucia w celu bezpośredniego wytworzenia gumy do żucia.

Publikacja francuskiego patentu nr 2635441, także na rzecz General Foods, Francja, ujawnia sposób wytwarzania koncentratu podstawy gumy z zastosowaniem wytłaczarki dwuślimakowej. Koncentrat wytwarza się, mieszając elastomer o wysokim ciężarze cząsteczkowym i zmiękczacze w żądanej proporcji i wprowadzając je do wytłaczarki. Wypełniacze mineralne dodawane są do wytłaczarki wzdłuż biegu materiału, za wlotem zasilającym mieszaniny elastomeru ze zmiękczaczem. Uzyskany koncentrat podstawy gumy ma wysoką zawartość elastomerów. Koncentrat może być następnie mieszany z innymi składnikami gumy w celu wytworzenia kompletnej podstawy gumy.

Opis patentowy nr 4,968,511, na rzecz D'Amelia i inni, ujawnia, że guma do żucia może być wytworzona w jednoetapowym procesie mieszania składników (bez przygotowywania międzyetapowych wstępnych mieszanin gum), jeżeli jako składnik elastomerowy stosuje się szereg polimerów winylowych.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4,187,320, na rzecz Koch i inni, ujawnia trzyetapowy sposób wytwarzania podstawy gumy do żucia w kotle z mieszaniem.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4,305,962, na rzecz Del Angel, ujawnia koncentrat elastomeru i żywicy, jako etapu wstępnego wytwarzania podstawy gumy.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4,459,311 na rzecz DeTora i inni, ujawnia wytwarzanie podstawy gumy z zastosowaniem dwóch oddzielnych mieszalników - mieszalnika o wysokiej intensywności do wstępnego zmiękczenia elastomeru w obecności wypełniacza, z następującym dalej mieszalnikiem średniej intensywności do ostatecznego zmieszania wszystkich komponentów podstawy gumy ze sobą.

Szereg publikacji ujawnia, że do wytworzenia ostatecznego produktu w postaci gumy do żucia może być zastosowana wytłaczarka pracująca w sposób ciągły, po oddzielnym procesie poprzednio przeprowadzonym do wytworzenia podstawy gumy do żucia. Publikacje te obejmują opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 5,135,760, na rzecz Degady i inni; opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 5,045,325 na rzecz Lesko i inni i opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4,555,407 na rzecz Kramer i inni.

Zgłoszenie patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr seryjny 08/136,589, złożone 14 października 1993, zatytułowane: „Ciągły sposób wytwarzania podstawy gumy z zastosowaniem elementów ograniczających mieszanie”, ujawnia wytłaczarki zawierające elementy ograniczające mieszanie.

Mieszalniki trzpieniowo-łopatkowe i sposoby ich stosowania są ujawnione w zgłoszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 08/362,254, złożonym w dniu 22 grudnia 1994, zatytułowanym: „Kompletny sposób wytwarzania gumy do żucia z zastosowaniem mieszalnika o działaniu ciągłym wysokiej intensywności”.

Pomimo wcześniejszych wysiłków opisanych powyżej, istnieje potrzeba i żądanie w przemyśle produkcji gumy do żucia opracowania procesu ciągłego, który może być efektywnie i wydajnie stosowany do wytwarzania różnorodnych zestawów podstaw gum do żucia, bez ograniczeń związanych z typem lub ilością stosowanego elastomeru oraz bez konieczności wstępnego mieszania bądź innej obróbki wstępnej elastomeru.

Jednym z problemów, z jakimi należy się liczyć stosując wytłaczarki, mieszalniki podobnego typu, przy wytwarzaniu podstawy gumy do żucia są trudności związane z wymianą

184 778 ciepła. Szereg składników gum musi być ogrzewane do stosunkowo wysokich temperatur, aby mogły być zmieszane z innymi składnikami. Te temperatury mogą być wyższe niż żądane dla innych obszarów w urządzeniu do mieszania.

Dodatkowo, mechaniczne ścinanie, które wymagane jest podczas takiego mieszania, także powoduje ogrzewanie mieszalnika i zawartego w nim produktu. To ciepło wytwarzane w przynajmniej szeregu sekcji wytłaczarki nie jest potrzebne w dalszej części przebiegu strumienia i może być szkodliwe. Na przykład, temperatury rzędu 180°C i wyższe mogą niszczyć przynajmniej część składników podstawy gumy. Jednak rozpraszanie ciepła w wytłaczarce stanowi trudność.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób ciągłego wytwarzania podstawy gumy do żucia zapewniający chłodzenie składników zawartych w przynajmniej kolejnych sekcjach mieszalnika (wytłaczarki) w sposób ekonomiczny i efektywny energetycznie.

Sposób ciągłego wytwarzania podstawy gumy do żucia za pomocą mieszalnika łopatkowo-trzpieniowego wyposażonego w strefę mieszania rozprowadzającego i strefę mieszania rozpraszającego, do którego w sposób ciągły wprowadza się składniki podstawy gumy do żucia obejmujące elastomer, wypełniacz i polioctan winylu w postaci stałej i po wymieszaniu w mieszalniku, z mieszalnika wyprowadza się gotową podstawę gumy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do mieszalnika wprowadza się polioctan winylu w postaci stałej, którego temperatura zeszklenia jest niższa niż temperatura elastomeru i wypełniacza w mieszalniku, w ilości stanowiącej od przynajmniej 10% do 41% uzyskanej podstawy gumy, w temperaturze nie wyższej niż temperatura pokojowa.

W sposobie według wynalazku, przed wprowadzeniem polioctanu winylu, do mieszalnika wprowadza się elastomer i wypełniacz.

Polioctan winylu wprowadza się w obrębie pierwszej strefy mieszania rozpraszającego mieszalnika, albo/i za pierwszą strefą mieszania rozpraszającego mieszalnika.

Korzystnie w sposobie według wynalazku przed dodaniem do mieszalnika polioctan winylu ochładza się.

Sposób według niniejszego wynalazku jest odpowiedni do stosowania z użyciem dowolnego konwencjonalnego elastomeru stosowanego przy wytwarzaniu podstaw gumy do żucia, w dowolnej ilości, bez konieczności wstępnego mieszania łub jakiejkolwiek obróbki wstępnej elastomeru z jakimś innym składnikiem. Na przykład, niniejszy wynalazek może być zastosowany do ciągłego wytwarzania szerokiej gamy podstaw gumy, która zawiera wiele z wymienionych niżej lub wszystkie wymienione składniki w poniższych udziałach procentowych:

Komponent Zakres (% wagowe)

Elastomer(y) 5,0-95

Rozpuszczalnik(i) elastomeru 0-50

Zmiękczacz(e) 0-75

Wosk(i) ' 0-30

Emulgator(y) 0,5-40

Wypełniacz(e) 1,0-65

Barwnik(i)/Srodek(dki) smakowo-zapachowy(e) 0-3,0.

Sposób według wynalazku posiada szereg różnych odmian, które mogą być stosowane wspólnie, oddzielnie, lub w dowolnej kombinacji ze sobą. Wszystkie te odmiany mogą być stosowane łącznie, kolejno, z zastosowaniem ciągłego procesu mieszania, przykładowo w wytłaczarce dwuślimakowej.

Pod pojęciem „mieszanie rozpraszające wysokiej intensywności” rozumie się, ze elastomer, rozpuszczalnik elastomeru i wypełniacz są rozdrabniane na bardzo małe cząstki, krople lub „obszary”, które same jako taicie łatwo się rozdrabniają i które następnie mogą być później ciągle i jednorodnie rozprowadzone z innymi składnikami gumy. Uważa się, że to mieszanie rozpraszające stanowi ttadimn rozpłątyovimia i „rozrywania” składników gi^nm/ najtrudniejszych do rozdrobnienia. W tym celu stosowane są specjalne clememy jak to omówiono poniżej.

184 778

Pod pojęciem „mieszania rozprowadzającego o dużej intensywności” rozumie się, ze składniki są rozprowadzone lub „rozmieszczone” w stosunku do innych, do postaci trwałej, jednorodnej mieszaniny podstawy gumy do żucia. Przez analogię, stadium „mieszania rozpraszającego” opisane powyżej, powoduje, że elastomer, wykorzystując wypełniacz jako czynnik wspomagający mieszanie rozdrabniające, „rozpada się” na bardzo małe cząsteczki, krople lub obszary. Stadium „mieszania rozprowadzającego”, zachodzące dalej wzdłuż strumienia materiału w procesie ciągłym, powoduje, ze te bardzo małe cząsteczki, krople lub obszary mogą być równomiernie rozproszone w stosunku do pozostałych składników.

W pewnym wykonaniu sposobu, możliwe jest usuwanie podczas procesu wytłaczania, w sposób ciągły, lotnych składników mieszaniny podstawy gumy. Te lotne składniki zawierają niepożądane produkty degradacji; na przykład, rozłożony elastomer, rozpuszczalnik elastomeru lub plastyfikator, co ma miejsce w małych ilościach podczas mieszania. Usuwanie lotnych składników pomaga usunąć niepożądany zapach podstawy gumy do żucia. Można to zrealizować, na przykład przez podłączenie próżni w wybranych miejscach do wytłaczarki. Jeśli nie usuwa się okresowo tych produktów degradacji i pozwoli na zmieszanie z innymi składnikami podstawy, może być bardzo trudno usunąć je później z podstawy.

W pewnej postaci wykonania sposobu możliwe jest wtryskiwanie szeregu składników w stanie ciekłym pod ciśnieniem za pomocą pomp. Stan ciekły można uzyskać bądź to przez stopienie składników takich jak wosk, lub przez obniżenie lepkości tłuszczu lub oleju, na drodze stosowania jednego lub większej ilości ogrzewanych wlotów zasilających. Wtrysk cieczy pod ciśnieniem ułatwia dokładniejsze mierzenie i lepsze mieszanie i rozprowadzenie składników o niskiej i średniej lepkości.

Dzięki sposobom według wynalazku uzyskuje się szereg korzyści. Po pierwsze, podstawa gumy do żucia produkowana jest w sposób ciągły. Jeśli jest to pożądane, wylot może być wykorzystany do zasilania ciągłej linii produkcyjnej gumy do żucia. Po drugie, średni czas przebywania w mieszalniku składników podstawy gumy zredukowany jest z godzin do minut. Po trzecie, wszystkie konieczne etapy dodawania składników podstawy gumy do żucia mogą być realizowane kolejno, w jednej aparaturze do ciągłego mieszania. Po czwarte, korzystna postać wykonania dostarcza efektywnego energetycznie sposobu obniżania temperatury wytłaczarki w szeregu miejscach w procesie mieszania. Po piąte, wynalazek nadaje się dla szerokiego zakresu kompozycji podstawy gumy do żucia, obejmujących różne elastomery stosowane w podstawach gumy do żucia i ich udziały procentowe w składzie, bez konieczności wstępnego mieszania lub innej obróbki wstępnej elastomeru. Po szóste, podstawa gumy do żucia może być produkowana „na życzenie”, z wyeliminowaniem utrzymywania zapasu gotowej podstawy gumy do żucia. Pozwala to na maksimum elastyczności w reagowaniu na potrzeby rynku i zmiany składu.

Niniejszy wynalazek dotyczy ulepszonego sposobu wytwarzania podstawy gumy do żucia w sposób ciągły. Według sposobu, dodawany jest komponent posiadający wystarczającą pojemność cieplną w ilości objętościowej wystarczającej do ochłodzenia wytłaczarki przynajmniej w określonych sekcjach wytłaczarki. Korzystnie, dodaje się do wytłaczarki składnik, który posiada temperaturę zeszklenia, mniejszą niż temperatura składników w niektórych sekcjach wytłaczarki, w celu ochłodzenia składników w wytłaczarce.

Dzięki swej pojemności cieplnej, składnik rozprasza ciepło i obniża temperaturę składników w wytłaczarce. Zapobiega to wystąpieniu w wytłaczarce temperatur, które mogłyby powodować rozkład i zniszczenie składników podstawy gumy i czyni proces bardziej efektywny energetycznie. Składnik ten stanowi polioctan winylu i dodawany jest on w temperaturze nie wyższej niż temperatura otoczenia.

Podstawa gumy do żucia wytworzona sposobem według wynalazku może być przetworzona zwykłymi sposobami w konwencjonalną gumę do żucia, z balonową gumą do żucia włącznie. Oczywiście specjalne gumy do żucia, takie jak nieklejące gumy do żucia i balonowe gumy do żucia będą wymagały specjalistycznych składów i składników podstawy gum Jednakże te składniki podstawy gumy mogą być łączone z zastosowaniem sposobu według wynalazku.

184 778

Ogólnie, kompozycja gumy do żucia obejmuje część rozpuszczalną w wodzie zdolną do spęczniania, nierozpuszczalną w wodzie, nadającą się do żucia część gumową podstawy oraz zwykle nierozpuszczalne w wodzie środki zapachowo-smakowe. Część rozpuszczalna w wodzie znika wraz z częścią środków smakowo-zapachowych w czasie żucia. Część podstawy gumy do żucia pozostaje w ustach do końca żucia.

Rozpuszczalna w wodzie część gumy do żucia może obejmować zmiękczacze, masowe środki słodzące, wysokowydajne środki słodzące, środki smakowo-zapachowe i ich kombinacje. Zmiękczacze dodawane są do gumy do żucia w celu polepszenia zdolności do żucia i przyjemnego wrażenia w ustach związanego z żuciem gumy. Zmiękczacze, znane także pod nazwą plastyfikatorów, lub czynników plastyfikujących, stanowią zwykle między około 0,5-15% wagowych gumy do żucia. Zmiękczacze mogą obejmować glicerynę, lecytynę i ich kombinacje. Wodne roztwory środków słodzących, takie jak środki zawierające sorbit, uwodornione produkty hydrolizy skrobi, syrop skrobiowy i ich kombinacje, mogą być stosowane także jako zmiękczacze i środki wiążące w gumach do żucia.

Masowe środki słodzące stanowią między 5-95% wagowych gumy do żucia, korzystnie 20-80% wagowych gumy do żucia a najkorzystniej 30-60% wagowych gumy do żucia. Masowe środki słodzące mogą obejmować zarówno cukier jak i bezcukrowe środki słodzące i komponenty. Cukry mogą obejmować komponenty zawierające sacharydy stanowiące, lecz nie ograniczone tylko do sacharozy, dekstrozy, maltozy, dekstryny, suchego cukru inwertowanego, fruktozy, lewulozy, galaktozy, stałego syropu skrobiowego i podobnych, stosowanych oddzielnie lub w kombinacjach. Bezcukrowe środki słodzące obejmują środki o słodkim smaku ale pozbawione zwykle znanych cukrów. Bezcukrowe środki słodzące obejmują lecz nie ograniczają się do alkoholi cukrowych takich jak sorbit, mannit, ksylitol, uwodornione hydrolizaty skrobi, maltit i podobne, pojedynczo lub w kombinacji ze sobą.

W składzie mogą być także obecne wysokowydajne środki słodzące i zwykle są one stosowane z bezcukrowymi środkami słodzącymi. Jeśli są one stosowane, to wysokowydajne środki słodzące stanowią zwykle około 0,001-5% wagowych gumy do żucia, korzystnie 0,01-1% wagowych gumy do żucia. Typowo, wysokowydajne środki słodzące są przynajmniej 20 razy słodsze niż sacharoza. Mogą one obejmować, lecz nie ograniczają się do sucralozy, aspartamu, soli acesulfamu, alitamu, sacharyny i jej soli, kwasu cyklamowego i jego soli, wyciągu z lukrecji, dihydrochalkonów, taumatyny, monelliny i podobnych, pojedynczo lub w kombinacji.

Mieszanina Cukru i/lub środków słodzących bezcukrowych może być stosowana w gumie do żucia. Słodzik może działać w gumie do żucia w całości lub w części jako środek spęczniający rozpuszczalny w wodzie. Dodatkowo, zmiękczacz może dostarczać słodyczy podobnie jak uwodniony cukier lub roztwory alditolu.

Środki smakowo-zapachowe powinny zwykle znajdować się w gumie do żucia w ilościach w zakresie około 0,1-15% wagowych gumy do żucia, korzystnie w ilościach około 0,2-5% wagowych gumy, a najkorzystniej 0,5-3% wagowych gumy do żucia. Środki smakowo-zapachowe mogą obejmować olejki eteryczne, zapachy syntetyczne lub ich mieszaniny, obejmujące, lecz nie ograniczające się do olejków pochodzących z roślin i owoców takich, jak olejek cytrynowy, esencja owocowa, olejek mięty pieprzowej, olejek mięty zielonej, inne olejki miętowe, olejek goździkowy, olejek strzęślowy, anyżek i podobne. W zestawie środków smakowo-zapachowych według wynalazku mogą się także znajdować sztuczne środki smakowo-zapachowe oraz komponenty. Naturalne i sztuczne środki smakowo-zapachowe mogą być zestawiane w dowolny smakowo akceptowany sposób.

Nieobowiązkowe składniki, takie jak, barwniki, emulgatory, środki farmaceutyczne i dodatkowe środki smakowo-zapachowe, mogą także wchodzić w skład gumy do żucia.

Nierozpuszczalna podstawa gumy ogólnie zawiera elastomery, rozpuszczalniki elastomerów, zmiękczacze, woski, emulgatory i wypełniacze nieorganiczne. Polimery plastyczne, takie jak polioctan winylu, zachowujące się w pewnym sensie jak plastyfikatory, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, wchodzą w jej skład. Elastomery mogą obejmować poliizobutylen, kauczuk butylowy (kopolimer izobutylenu z izoprenem) i kauczuk butadienowo-styrenowy, jak tez lateksy naturalne, takie jak chicle. Rozpuszczalniki elastomeru stanowią

184 778 często żywice takie jak żywice terpenowe i naturalne żywice estrowe. Zmiękczaczami są typowo tłuszcze i oleje zawierające smalec, uwodornione i częściowo uwodornione oleje roślinne i masło kakaowe. Zwykle stosowane woski obejmują parafinę, woski mikrokrystaliczne i naturalne woski, takie jak wosk pszczeli i Camauba.

Podstawa gumy typowo także obejmuje komponent napełniający. Ten komponent może stanowić węglan wapnia, węglan magnezu, talk, fosforan dwuwapniowy lub podobne. Wypełniacz może stanowić między około 5 i około 60% wagowych podstawy gumy. Korzystnie wypełniacz stanowi od około 5 do około 50% wagowych podstawy gumy.

Emulgatory posiadające także czasami właściwości plastyfikujące, obejmują monosterarynian gliceryny, lecytynę i trój octan gliceryny. Dalej, podstawa gumy może także zawierać nieobowiązkowe składniki takie jak przeciwutleniacze, barwniki i środki zapachowe.

Nierozpuszczalna część podstawy gumy może stanowić między około 5 do około 80% wagowych gumy. Bardziej typowo, nierozpuszczalna część podstawy gumy obejmuje między 10 i 50% wagowych gumy a najczęściej około 20 do około 35% części wagowych gumy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym; fig. 1 przedstawia schemat przykładowy wytłaczarki dwuślimakowej do realizacji sposobu według niniejszego wynalazku, fig. 2 - zestaw tarcz tnących stosowanych w wytłaczarce według fig. 1, fig. 3 - zestaw elementów zębatych stosowanych w wytłaczarce według fig. 1, fig. 4 - zestaw tarcz ugniatających stosowanych w wytłaczarce według fig. 1, fig. 5 - szereg tarcz ugniatających, zestawionych w postaci spiralnej tworzących blok ugniatający, fig. 6a-6e przedstawiają schematycznie kolejno przykłady stanu składników podstawy gumy do żucia w procesie mieszania, fig. 7 - różnicowy skanningowy wykres kalorymetryczny pojemności cieplnej w funkcji temperatury dla polioctanu winylu o niskim ciężarze cząsteczkowym, fig. 8 przybliżone temperatury materiału w wytłaczarce omawiane w przykładzie 5.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, podstawa gumy wytwarzana jest przy użyciu mieszalnika łopatkowo-trzpieniowego korzystnie w postaci pojedynczej wytłaczarki, zawierającej przynajmniej dwie strefy mieszania.

W jednym z wykonań sposobu według wynalazku jest on realizowany w wytłaczarce dwuślimakowej takiej, jak przedstawiona na fig. 1. Wytłaczarka dwuślimakowa jest wyposażona w szereg różnych wlotów zasilających, którymi dodawane są składniki podstawy gumy do żucia. Ślimaki wewnątrz płaszcza wytłaczarki wzdłuż swej długości są wyposażone w różne typy elementów. Różne sekcje są czasem powoływane jako strefy przetwórstwa i opisane za pomocą typów elementów zastosowanych w tych strefach. Obudowa wytłaczarki jest z reguły dzielona na regiony, które mogą być ogrzewane lub chłodzone niezależnie od siebie. Te regiony ogrzewania zwykle pokrywają się ze strefami przetwórstwa, zależnie od długości sekcji obudowy i elementów w strefie przetwórstwa.

Chociaż różni wytwórcy sprzętu wytwarzają różne typy elementów, najpopularniejsze typy elementów obejmują elementy przenośnikowe, elementy sprężające, zwrotne elementy przenośnikowe, elementy ujednorodniające takie, jak tarcze ścinające i elementy zębate oraz ugniatające tarcze i bloki. Elementy przenośnikowe zwykle mają zgarniaki oplatające się wzdłuż elementów, z szerokimi szparami między zgarniakami. Elementy te są stosowane w strefach zasilania do szybkiego przemieszczenia materiału do wnętrza wytłaczarki. Elementy sprężające mają zgarniaki o skoku zmniejszającym się w kierunku przesuwania się materiału wzdłuż zgarniaka. Prowadzi to do zagęszczania i wzrostu ciśnienia w kierunku ku przodowi, co jest wymagane dla przeciśnięcia materiału wzdłuż strumienia przebiegu materiału i przez inne elementy. Zwrotne elementy przenośnikowe mają zgarniaki ustawione pod kątem przeciwnym do elementów przenośnikowych. Zgarniaki obracają się w kierunku, aby przetłoczyć materiał ku przodowi strumienia. Te elementy zapewniają wysokie ciśnienie wsteczne i niewielkie płynięcie materiału w dół przez wytłaczarkę Oczywiście, wytłaczany materiał stale stara się znaleźć drogę przeciwnie do zgarniaków, aby poruszać się do przodu przez elementy zwrotne. Zwrotne śrubowe ustawienie bloku ugniatającego może dawać podobny rezultat.

Tarcze ścinające, jak to wskazuje ich nazwa, przykładają wysokie siły ścinające na materiał w wytłaczarce, dając w rezultacie bardzo intensywne rozdrabnianie podczas mieszania.

184 778

W wytłaczarce dwuślimakowej, tarcze ścinające umieszczone przeciwnie do siebie na dwóch różnych ślimakach posiadają ciasne elementy łączące tarcza/rowek, jak to przedstawiono na fig. 2. Elementy zębate, jak to przedstawiono na fig. 3, mają zęby podobne jak w przekładni zębatej umieszczone przeciwległe do cylindrycznej części odległościowej wału na drugim ślimaku. Elementy zębate narzucają mieszanie z wysokim stopniem rozproszenia. Często elementy zębate umieszczone są w dobranych zestawach, z cylindrycznym odcinkiem na wale i zębatym odcinkiem, jako jedną jednostką. Tarcze ugniatające, jak to pokazano na fig. 4 mają kształt eliptyczny i wywołują działanie ugniatające na materiał przechodzący przez wytłaczarkę. Często umieszcza się większą ilość tarcz ugniatających blisko siebie i w ułożeniu śrubowym, jak to pokazano na fig. 5, powołanym jako blok ugniatający.

Mieszanie w celu dokładnego rozprowadzenia składników może być także realizowane za pomocą zwrotnych elementów przenośnikowych, które posiadają przerwy w zgarniakach w celu umożliwienia przepływu w kierunku wstecznym do kierunku sprężania. Te przerwy mogą być rozmieszczone jako szczeliny w zgarniakach wycięte równolegle do długości elementu. Także, bloki ugniatające z następującymi dalej zwrotnymi elementami przenośnikowymi wytwarzają wysokie ciśnienie zwrotne, prowadząc również do mieszania rozprowadzającego z dużą intensywnością.

Te różnorodne typy elementów oraz inne elementy użyteczne w wytłaczarkach dwuślimakowych, są dobrze znane w technice i są dostępne w handlu. Elementy te są często przeznaczone szczególnie do różnych typów zwykle dostępnych wytłaczarek dwuślimakowych, obejmujących współbieżne (ze wpółobrotowymi dwoma śrubami), przeciwbieżne (z przeciwobrotowymi dwoma śrubami), współpracujące i kątowo ustawione wytłaczarki dwuślimakowe. Elementy przeznaczone do podobnych zadań będą się różnić kształtem w zależności od rodzaju wytłaczarki do której są przeznaczone.

Jednym ze szczególnych typów elementów do szczególnego typu wytłaczarki jest wielokątny element niewspółpracujący, dostępny w firmie Farrel Corporation, 25 Main Street, Ansonia, Conn. 06401, przeznaczony do współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej Farrel-Rocksted. Uważa się, ze niewspółpracujące wielokąty działąjąjak elementy rozdrabniające.

W wykonaniu według wynalazku, mieszanie rozpraszające rozprostowuje elastomery z minimalną degradacja łańcuchów polimeru. Zatem, ponieważ mieszanie rozpraszające prowadzi nieuchronnie do zmniejszenia ciężaru cząsteczkowego polimeru, może być zalecane kontrolowanie operacji mieszania rozpraszającego w celu zminimalizowania zmniejszania ciężaru cząsteczkowego. Korzystnie, średni ciężar cząsteczkowy nie powinien być obniżony poniżej średniego ciężaru cząsteczkowego tego samego polimeru wmieszanego do podstawy gumy do żucia konwencjonalnymi sposobami. Jednak kontrolowane zmniejszenie ciężaru cząsteczkowego może być pożądane w celu zoptymalizowania własności żucia końcowego produktu.

Prawidłowe mieszanie rozpraszające powinno prowadzić do uzyskania gładkiej gumowatej cieczy bez wykrywalnych brył gumy. Jeśli tylko kilka brył gumy będzie obecne, mogą być one oddzielone lub rozdrobnione podczas dalszych etapów mieszania. Jednak, jeśli ilość lub rozmiar brył jest nadmierny, lub przetworzone elastomery i wypełniacze są w postaci aglomeratów, lub grudkowatej masy, mieszanie rozpraszające jest niewłaściwe.

Mieszanie rozprowadzające powinno być wystarczające do wytworzenia jednorodnej podstawy gumy, a nie do stanu podobnego jak gdyby się „pociła”, lub o wyglądzie marmurkowym czy zbliżonym do szwajcarskiego sera. W zalecanym wykonaniu wynalazku, mieszanie rozprowadzające o wysokiej skuteczności jest wystarczające do wpracowania środków zmiękczających, w szczególności tłuszczów, olejów i wosków do tego samego stopnia, w jakim te środki zmiękczające są rozprowadzone w konwencjonalnych procesach wytwarzania podstawy gumy do żucia.

W wyniku sposobu według wynalazku uzyskuje się efektywną wymianę ciepła w mieszalniku (wytłaczarce), umożliwiającą ochładzanie składników w wytłaczarce, do stopnia zapewniającego wytwarzanie podstawy gumy do żucia w sposób ciągły.

Zwykle, elastomery i żywice wprowadzane są do wytłaczarki w pierwszej sekcji wytłaczarki. Według wynalazku, komponenty te poddawane są mieszaniu rozpraszającemu. Na

184 778 początek, należy zauważyć, ze aby wtrysnąć te składniki, jest konieczne ich ogrzanie do stosunkowo wysokiej temperatury. Dodatkowo, działanie ścinające w strefie rozpraszającej powoduje, że w wytłaczarce w tym obszarze wytwarza się duża ilość ciepła.

Chociaż to ciepło może być konieczne w pierwszej sekcji wytłaczarki, nie jest ono potrzebne w następnych sekcjach ani podczas następnego mieszania składników w wytłaczarce a jeśli powstaje, może być szkodliwe. Na przykład, żywica i elastomery w tej sekcji wytłaczarki zwykle mają temperaturę około 160°C. Jednak, w temperaturze powyżej 180°C, składniki podstawy gumy mogą ulec zniszczeniu i rozkładowi.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, ciepło rozpraszane jest przez dodawanie do wytłaczarki składnika o wysokiej pojemności cieplnej. Składnik ten jest składnikiem podstawy gumy do żucia dodawanym korzystnie w postaci ciała stałego i w objętości wystarczającej, aby rozproszyć wystarczającą ilość ciepła. Korzystnie składnik ten jest dodawany w temperaturze otoczenia (bez podgrzewania). Jednak, jeśli jest to konieczne, składnik może być oziębiony przed jego dodaniem.

Składnik ten posiada temperaturę zeszklenia niższą niż temperatura elastomeru i wypełniacza znajdującego się w pierwszej strefie wytłaczarki. Zatem, składnik będzie absorbował i rozpraszał dużą ilość ciepła, powodując oziębianie podstawy gumy do żucia znajdującej się w wytłaczarce.

W sposobie według wynalazku, jako komponent do chłodzenia wytłaczarki stosowany jest polioctan winylu. Polioctan winylu ma dużą pojemność cieplną. W typowej podstawie gumy do żucia, polioctan winylu stanowi przynajmniej w przybliżeniu 20% składu. Dodatkowo, polioctan winylu wykazuje zmianę fazową stanu zeszklenia w zakresie 20° do 75°C, a więc niższą niż temperatura składników w wytłaczarce.

Jeśli jest to wskazane, polioctan winylu może być dodawany z innymi składnikami, takimi jak żywice, barwniki lub inne składniki podstawy. Podobnie, może być wskazane dodawanie więcej niż jednego typu polioctanu winylu podczas wytwarzania podstawy gumy do żucia.

Korzystnie, polioctan winylu dodawany jest w postaci granulek o wymiarach mniejszych niż 2,54 cm. W korzystnym wykonaniu, polioctan winylu dodaje się w postaci granulek o wymiwach 0,3 hm bib mniej szych.

Składnik do ochładzania wytłaczarki może być dodawany w dowolnej wskazanej sekcji wytłaczarki. Na przykład, składnik może być dodany na końcu strefy rozdrabniania. To umożliwi temu składnikowi oziębić składniki znajdujące się w wytłaczarce zanim doda się inne składniki, bardziej wrażliwe na temperaturę. Jednak składnik do oziębiania może być dodawany poniżej strefy mieszania rozdrabniającego, na przykład bezpośrednio za strefą rozdrabniania.

Jak to pokazano na fig. 1, w praktycznym wykonaniu rozwiązania według wynalazku, wytłaczarka dwuślimakowa 10 jest wyposażona w pierwszy zasilający otwór wlotowy 12 przylegający do pierwszej strefy przetwarzania 21 wyposażonej w elementy przenośnikowe b1, elementy przenośnikowe i sprężające b2 oraz elementy sprężające b5. Druga strefa przetwórcza 2b jest wyposażona w kombinację elementów zębatych bb, jakie pokazano na fig. b i szereg zestawów tarcz ścinających b4, jakie pokazano na fig. 2. Na końcu drugiej strefy przetwórczej 2b wytłaczarka 10 jest wyposażona w otwór 16 połączony ze źródłem próżni (nie pokazano). Trzecia strefa przetwórcza 24 zawiera dodatkowe elementy przenośnikowe b 1, elementy przenośnikowe i sprężające b2 i elementy sprężające b5. Drugi zasilający otwór wlotowy 1b jest przewidziany w wytłaczarce w pobliżu tego drugiego zestawu elementów przenośnikowych b1, do wprowadzania dodatkowych składników podstawy gumy do trzeciej strefy przetwórczej 24. Zasilający otwór wlotowy 1b umożliwia dodawanie zarówno składników sproszkowanych, jak i ciekłych przez pompę 41. Czwarta strefa przetwórcza 25 jest wyposażona w tarcze ugniatające b6. Na początku piątej strefy przetwórczej 26 wytłaczarka dwuślimakowa 10 ma następny otwór wlotowy 15 połączony z pompą 4b i wlot zasilający 14 w postaci otworu związanego z bocznym zasilaczem 42, którym może być wytłaczarka jednolub dwuślimakowa, lub nawet pompa zębata, o wysokim ciśnieniu. Piąta strefa przetwórcza 26 wyposażona jest w elementy przenośnikowe b1, elementy przenośnikowe i sprężające b2

184 778 i elementy sprężające 35, które wtłaczają składniki podstawy gumy do szóstej i końcowej strefy przetwórczej 28. Strefa 28 zawiera dwa zestawy elementów zębatych 33 za którymi umieszczone są elementy zwrotne 39 i tarcze ścinające 34. Po przejściu przez tarcze ścinające 34, składniki podstawy gumy opuszczają wytłaczarkę 10.

Może być korzystne, ogrzewanie kilku składników, bądź w celu ich stopienia lub w celu zmniejszenia ich lepkości. Jak pokazano to na fig. 1, wytłaczarka 10 może być wyposażona w ogrzewane zbiorniki 44 i 45, połączone odpowiednio z pompami 41 i 43 dla tego celu. Inne zwykle stosowane wyposażenie, takie jak wyposażenie do kontroli temperatury oraz grzania i chłodzenia wytłaczarki nie jest pokazane na fig. 1. Wyposażanie będzie także obejmować konwencjonalne urządzenia do ważenia i urządzenia zasilające do ciągłego podawania składników granulowanych łub sproszkowanych w kontrolowanej, monitorowanej ilości.

Jest zrozumiałe, że fig. 1, jako schematyczny przykład, pokazuje różne składniki w porządku związanym z ich przepływem przez wytłaczarkę 10. Typowo, ślimaki są montowane w pozycji obok siebie poziomo a wlot zasilający, szczególnie te z otworem do atmosfery takie, jak zasilające otwory wlotowe 12 i 13, umieszczone są pionowo nad ślimakami.

Ustawienie według fig. 1 jest zalecane dla szczególnego typu podstaw gumy przedstawionych w przykładach poniżej, zaś dla innych rodzajów podstaw gum mogą być zalecane inne ustawienia. Figura 1 przedstawia wytłaczarkę o trzech zasadniczych strefach dodawania składników i sześciu strefach przetwórstwa. Dla innych podstaw gum, może być stosowane dwie, cztery lub więcej stref dodawania składników z różną liczbą stref przetwórczych. Figura 1 przedstawia także zastosowanie jednego zestawu każdego z długich elementów przenośnikowych 31, elementów przenośnikowych i sprężających 32 i elementów sprężających 35 w pierwszej strefie przetwórczej 21, krótki zestaw elementów sprężających i przenośnikowych 32 w strefach 24 i 26 i krótki zestaw elementów przenośnikowych 31 i elementów sprężających 35 w strefie 26. W rzeczywistości w tych strefach może być zastosowany jeden, dwa lub więcej elementów różnych typów i długości. Figura 1 przedstawia także jeden zestaw elementów zębatych 33 i trzy zestawy tarcz ścinających 34 w strefie 23, ale może tu być zastosowana inna ilość tych elementów, lub inne elementy razem. Podobnie w strefach 25 i 28 mogą być zastosowane różne typy elementów do mieszania rozprowadzającego, zależnie od rodzaju składników gum do wmieszania w tych strefach i typu stosowanej wytłaczarki.

Jak to wspomniano poprzednio, można stosować inne typy wytłaczarek i inne sposoby przetwórcze do wytwarzania podstawy gumy do żucia w sposób ciągły, z zastosowaniem pojedynczej wytłaczarki.

W wykonaniu według wynalazku, stosowany jest mieszalnik ciągły o dużej intensywności. Mieszalnik o dużej intensywności jest to taki mieszalnik, w którym możliwe jest przeprowadzenie dokładnego wymieszania w stosunkowo krótkiej przestrzeni długości mieszalnika. Ta przestrzeń, wyraża się jako iloraz długości szczególnie aktywnej części ślimaka mieszalnika, składającego się z elementów mieszających, dzielonej przez maksymalną średnicę obudowy mieszalnika w tym aktywnym regionie. W zalecanym wykonaniu, L/D jest mniejsze niż około 40, a najkorzystniej mniejsze niż 25 L/D.

Przykładem pojedynczego mieszalnika o dużej intensywności, stosowanym do realizacji sposobu według wynalazku, jest mieszalnik trzpieniowo-łopatkowy. Mieszalnik trzpieniowo-łopatkowy posiada kombinację szczególnie ukształtowanych obrotowych łopatek mieszających i stacjonarne trzpienie w obudowie zapewniające wydajne mieszanie w stosunkowo małej przestrzeni. Handlowo dostępnym mieszalnikiem trzpieniowo-łopatkowym jest ugniatarka Buss'a, produkowana przez firmę Buss AG w Szwajcarii, i dostępna z firmy Buss America, z siedzibą w Bloomingdale, Illinois.

Figury 6a-e rysunku przedstawiają stan różnych składników podstawy gumy w momencie ich wprowadzania do składu podstawy gumy do żucia. Na początku, jak to przedstawiono na fig. 6a zarówno elastomer o wysokim ciężarze cząsteczkowym 51, jak i elastomer o średnim ciężarze cząsteczkowym 52 znajdują się w postaci granulek lub cząstek, w których molekuły elastomeru są ze sobą ściśle powiązane. Wypełniacz 53 znajduje się w postaci rozdrobnionej, ale może nie być jednorodnie zmieszany z elastomerami 51 i 52. Rozpuszczalnik elastomeru 54 może występować w postaci kropel. W momencie rozpoczęcia mieszania, przed184 778 stawionym na fig. 6b, rozpuszczalnik elastomeru zaczyna wiązać się z elastomerami 51 i 52. W obecności wypełniacza 53, rozpuszczalnika elastomeru 54 i ciepła, granulki zaczynają rozdzielać się na pojedyncze molekuły elastomeru. Także i wypełniacz 53 zaczyna być coraz bardziej równomiernie rozprowadzony ajego cząstki mogą zmniejszyć rozmiary. W miarę przebiegu procesu elastomery 51 i 52 rozplątują się, jak to pokazano na fig. 6c. To rozplątywanie jest rezultatem poddania elastomerów 51 i 52 silnie rozdrabniającemu mieszaniu.

W wykonaniu według wynalazku, po tym etapie dodawany jest polioctan winylu 55, jak to pokazano na fig. 6d. Początkowo ten materiał także znajduje się w postaci drobnych cząstek. Dodatek tego materiału dzięki jego pojemności cieplnej oziębia składniki poprzednio dodane do wytłaczarki. Oczywiście, jak to poprzednio stwierdzono, polioctan winylu może być dodawany w różnych sekcjach wytłaczarki.

Dalsze mieszanie i dodatek dalszych składników, takich jak woski 56 i emulgatory 57 jest realizowane jako mieszanie rozprowadzające przedstawione na fig. 6e. Dalsze wysokowydajne mieszanie rozprowadzające powoduje powstanie jednorodnej podstawy gumy do żucia, w której ziarniste cząsteczki lub krople nie są wyczuwalne smakowo.

Elastomer może być dodany przez pierwszy zasilający otwór wlotowy 12 wraz z rozpuszczalnikiem elastomeru takim jak żywica i wypełniaczem. Jednak, szczególnie elastomery o niskim ciężarze cząsteczkowym mogą być dodane przynajmniej częściowo drugim zasilającym otworem wlotowym 13. Część wypełniacza może być także dodana przez drugi zasilający otwór wlotowy 13. Polioctan winylu może być dodany przez wlot zasilający do proszków przez otwór dozowania 14, podczas gdy stopione tłuszcze, woski i oleje dodawane są przez ostatni wlot zasilający 15. Uzyskuje się dzięki temu stan, że wypełniacz, elastomer i zmiękczacz poddawane są silnemu mieszaniu rozdrabniającemu, zanim dodane zostaną składniki o mniejszej lepkości. Elementy zębate 38, elementy zwrotne 39 i tarcze ścinające 40 za wlotem zasilającym 15 prowadzą do silnie rozprowadzającego mieszania wszystkich składników podstawy gumy o niskiej lepkości z innymi składnikami gumy.

Korzystną wytłaczarkę małych rozmiarów stanowi dwuślimakowy model LSM 30.34 przeciwbieżny, współpracujący i kątowy z firmy Leistritz, Norymberga Niemcy. Inne dopuszczalne wytłaczarki dwuślimakowe obejmują model TEX30HSS32.5PW-2V, współpracujący, współbieżny i przeciwbieżny, dwuślimakowy, firmy Japan Steel Works, także znane jako model Davis Standard D-Tex rozprowadzany przez firmę Crompton & Knowles Corporation, Nr 1 Extrusion Dr., Pawcatuck, CT 06379 oraz także współbieżna lub przeciwbieżna, współpracująca wytłaczarka dwuślimakowa z firmy Werner & Pfleider Corporation, 663 E. Crescent Ave., Ramsey N.J. 07446. Zalecane są wytłaczarki o długiej obudowie. Wytłaczarka dwuślimakowa współbieżna Werner & Pfleider może posiadać stosunek długości do średnicy (L/D) wynoszący 58. Model Japan Steel Works TEX30HSS32,5PW-2V może posiadać L/D 48.

Przykład 1

Wytwarzano w sposób ciągły podstawę gumy, z zastosowaniem dwuślimakowej wytłaczarki Leistritz'a model LSM30.34, przeciwbieżnej, współpracującej i kątowej we współpracującym układzie, o średnicy obudowy 30,3 mm, zestawionej z następujących elementów (podanych w porządku od pierwszego wlotu zasilającego do wyjścia z wytłaczarki, podając określenie każdego z elementów zgodnie z numerami części firmy Leistritz): FF-1-30-120 (element przenośnikowy)

KDF-1-30/20-120 (element przenośnikowy i sprężający)

FD-3-30-120 (element sprężający)

ZSS-2-R4 (element zębaty)

ZSS-2-R4

KS (tarcza ścinająca)

KS

FF-1-30-120

KFD-1-30/20-120

FD-3-30-120

ZSS-2-R4

ZSS-2-R4

184 778

ZSS-2-R4

KS

Dysza na wyjściu z wytł/cr/nki miała otwór 1 mm.

Wytłaczarka posiaa/ła dwie strefy r/sil/eia, każda przylegała do elementów przenośnikowych FF-1-30-120. Sproszkowana miesz/eina mielonego kauczuku butylowego, węglanu wapnia i żywicy terpenowej w proporcji 6:23:17, wprowadzana była do pierwszej strefy zasilania w ilości 3 kg/godzinę. Do pierwszej strefy zasilaei/ wprowadzany był także poliizobutylen o temperaturze 50-80°C w ilości 0,39 kg/godzinę. Sproszkowana mieszanina 5 części moeoste/ryni/nu gliceryny, 8 części uwodornionego oleju z nasion bawełny, 5 części uwodornionego oleju sojowego, 3 części polioctanu winylu o wysokim ciężarze cząsteczkowym i 21 części polioctanu winylu o niskim ciężarze cząsteczkowym wprowadzana była w drugiej strefie zasil/ei/ w ilości 2,74 kg/godzinę, wraz z miesraeieą 3 części częściowo uwodornionego oleju sojowego i 3 części lecytyny ogrzanej do 30°C, worow/dzaeą w ilości 0,4 kg/godzinę. Temperatury obudowy wytłaczarki podczas jej pracy przedst/wi/ły się następująco:

Strefa	1	2	3	4	5	6	7	Dysza
Temp. nast/wiona	90°C	90°C	95°C	130°C	130°C	130°C	110°C
Temp. aktualna	90°C	99°C	95°C	130°C	130°C	130°C	110°C (przybliżo- na)	115°C (przybliżo- na)

Wytł/cr/rk/ pracowała przy szybkości obrotów 100 obrotów na minutę i pobierała prąd 9 A. Wytworzona podstawa gumy nie posiadała cząstek gumy ani wypacanego oleju. Jednak niewielka część polioctanu winylu nie była w pełni wrobiona. Może ona zostać włączona w czasie wytwarzania gumy do żucia.

Przykład 2

Taki sam układ wytłaczarki i temperatur jak w przykładzie 1 zastosowano do wytwarzania w sposób ciągły innej podstawy gumy do żucia. Sproszkowaną mieszaninę mielonej gumy butylowej i węglanu waoei/ w proporcji 15:31 wprowadzano do pierwszej strefy w ilości 3 kg/godzinę, wspólnie z poliizobutylenem ogrzanym do 50-80°C, worowadr/eym w ilości 2,08 kg/godzinę. Do drugiego wlotu zasilającego dodawano sproszkowaną mieszaninę 22 części polioctanu winylu o niskim ciężarze cząsteczkowym, 13 części uwodornionego oleju z nasion bawełny, 3 części monostearynianu gliceryny i 13 części uwodornionego oleju sojowego w ilości 6,63 kg/godzinę, wspólnie z częściowo uwodornionym olejem sojowym ogrzanym do 30-60°C i worow/ar/eym w ilości 1,3 kg/godzinę. Obroty wytłaczarki wynosiły 100 obrotów na minutę a pobierany prąd 7-8 A. Wytwarzano gotową podstawę gumy do żucia, chociaż składniki nie były tak dobrze wymieszane jak podstawa z przykładu 1 i wystąpiły trudności spowodowane zbrylaniem się materiału w drugiej strefie dozow/nia.

Przykład 3

Zestawiono dwuślimakową wytłaczarkę Modelu Leistritz'/ 30.34, jak to pokazano na fig. 1, z następujących elementów (numery w nawiasach z lewej strony odpowiadają numerom odniesienia z fig. 1):

(31) FF-1-30-120 (32) KFD-1 -30/20-120 (35) FD-3-30-120 (33) ZSS-2-R4 (34) KS (34) KS (34) KS (31) FF-1-30-120 (32) KFD-1-30/20-60 (35) FD-3-30-120 (36) 18 tarcz ugniatających, ustawionych w dwie serie po 2 i 4 serie po 3, przestawione o 90° między każdą serią.

184 778 (31) FF-1-30-60 (32) KFD-1-30/20-60 (35) FD-3-30-30 (33) ZSS-2-R4 (33) ZSS-2-R4 (39) FF-1-30-30 (zestawione dla pracy w kierunkuo odwrotnym) (34) KS

Całkowita długość tych elementów wynosiła 1060 mm, dając L/D około 35 przy średnicy obudowy 30,3 mm.

Następujące składniki były dodawane do wytłaczarki 10 w następujących ilościach, w wyspecyfikowanych punktach. Podane ilości dotyczą pracy ciągłej.

Składniki	%wagowy	Położenie wlotu zasilającego
Żywica terpenowa (t. topnienia 50,5°C)	8,390	12
Żywica terpenowa (t. topnienia 34°C)	8,257	12
Sproszkowane kakao (<75mm rozmiar cząstek na mokro)	0,599	12
Mielony kopolimer izobutylenu z izoprenem (C.Cz. 120,000-150,000, średnica cząstek 2-7mm)	8,390	12
Węglan wapnia (rozmiar cząstek <12mm)	20,908	12
Poliizobutylen (C.Cz.12,000) (ogrzany do 100°C)	5,860	13
Polioctan winylu (C.Cz. 50,000-80,000)	2,663	14
Polioctan winylu (C.Cz. 25,000)	21,309	14
Monostearynian gliceryny	4,794	15
Uwodorniony olej sojowy	4,528	15
Lecytyna	3,329	15
Uwodorniony olej z nasion bawełny	7,724	15
Częściowo uwodorniony olej z nasion bawełny	3,196	15
ButnlohnOroksntoluen	0,053	15

Całkowita ilość wprowadzanych materiałów wynosiła 11 kg/godzinę. Temperaturę kontrolowano tak, aby mieszanina posiadała temperaturę 115°C-125°C.

Przykłady prowadzono dla stosunkowo niewielkiej skali pracy, natomiast proces z łatwością przeskalowano. Przeskalowanie procesu dla wytłaczarki dwuślimakowej przeprowadzono stosując większą średnicę obudowy, wynoszącą 15 cm i większą długość, ale utrzymując ten sam stosunek L/D. Z zachowaniem L/D wynoszącego 45, dla 6-calowej obudowy, długość powinna wynosić 461 cm. Ponieważ większa maszyna wytwarza więcej ciepła niż może być usuwane w łatwy sposób, może się zdarzyć, że należy zmniejszyć ilość obrotów wytłaczarki lub, ze zaistnieje konieczność zastosowania chłodzonych wałów lub chłodzonych

184 778 elementów mieszających. Także przez wprowadzenie pewnej ilości żywicy w pierwszej strefie dozowania można zmniejszyć ilość ciepła wytwarzanego podczas mieszania.

Podczas prowadzenia doświadczenia zgodnie z przykładem 1, poliizobutylen był początkowo dodawany drugim wlotem zasilania. Było to możliwe podczas rozpoczynania pracy, lecz kiedy dodano także mieszaninę tłuszczów i polioctanu winylu, tłuszcze topiły się i smarowały ślimak do takiego stopnia, że nie pobierał on poliizobutylenu. To było powodem wprowadzania poliizobutylenu w pierwszej strefie dozowania w przykładzie 1.

Ponieważ kauczuk butylowy stosowany w przykładzie 1 i 2 był zmielony przed użyciem, wykonywano wstępną mieszaninę wypełniacza i zmielonego kauczuku butylowego (w stosunku wypełniacz do gumy butylowej wynoszącym 1:3), aby pomóc utrzymać mieloną gumę butylową w postaci, która umożliwiała jej wprowadzanie do wytłaczarki jako sproszkowanej mieszaniny. Wypełniacz ten zawarty był w całkowitych proporcjach podanych w przykładach.

Przykład 4

Ugniatarkę BUSS'a o średnicy obudowy 100 mm i całkowitym aktywnym L/D mieszania wynoszącym 15, zastosowano do wytwarzania podstawy gumy. Mieszalnik posiadał początkową sekcję zasilającą i cztery sekcje mieszania. Sekcje były wyposażone w cztery możliwie duże otwory zasilające, które mogły być stosowane do dodawania głównych (n.p stałych) składników do mieszalnika. Trzecia sekcja mieszania wyposażona była także w dwa mniejsze otwory do wtrysku cieczy, które wykorzystywano do dodawania składników ciekłych. Otwory do wtrysku cieczy stanowiły specjalne trzpienie obudowy posiadające wydrążony środek. Trzpienie obudowy znajdowały się w większości lub we wszystkich dostępnych miejscach, we wszystkich trzech rzędach. Pierwsza sekcja mieszalnika stanowiła strefę mieszania rozpraszającego, a pozostałe sekcje stanowiły strefę mieszania rozprowadzającego składniki.

Obecnie zalecany układ ślimaka mieszalnika dla większości produktów w postaci podstawy gumy był następujący. Początkowa sekcja zasilania jest zestawiona na obszarze około 1-1/3 L/D z elementów o niskim ścinaniu. L/D sekcji początkowej nie było zaliczane jako część całkowitej aktywnej strefy mieszania L/D wynoszącej 15, omawianej powyżej, ponieważ jej zadaniem jest po prostu doprowadzenie składników do sekcji mieszania.

Pierwsza strefa mieszania zestawiona jest z dwu elementów mieszających o niskim ścinaniu z następującymi dalej dwoma elementami mieszającymi o dużym ścinaniu. Dwa elementy mieszające o niskim ścinaniu zajmują około 1-1/3 L/D mieszania, i dwa elementy mieszające o dużym ścinaniu zajmują około 1-1/3 L/D mieszania. Pierwsza strefa mieszania obejmuje całkowity zakres mieszania L/D około 3,0, włączając w to część końcową zajętą przez zestaw pierścienia zwrotnego wynoszący 57 mm, który współpracuje z elementami ślimakowymi.

Zestaw pierścienia zwrotnego wraz z współpracującymi elementami śrubowymi obejmując koniec pierwszej strefy mieszania i początek drugiej strefy mieszania zajmuje łączną strefę L/D około 1,0, przy czym część jego znajduje się w drugiej strefie mieszania. Dalej, druga strefa zestawiona jest z trzech elementów mieszających o niskim ścinaniu i 1,5 elementów mieszających o wysokim ścinaniu. Trzy elementy mieszające o niskim ścinaniu zajmują około 2,0 L/D mieszania i 1,5 elementów mieszających o wysokim ścinaniu zajmuje około 1,0 L/D mieszania. Strefa ta obejmuje zakres mieszania L/D około 4/0.

Elementem zwierającym koniec trzeciej strefy mieszania i początek czwartej strefy mieszania jest inny zestaw pierścienia ograniczającego o długości 60 mm ze współpracującymi elementami śrubowymi zajmując L/D około 1,0. Następnie pozostała czwarta strefa mieszania jest zestawiona z pięciu elementów mieszających o niskim ścinaniu, zajmując L/D mieszania około 3 1/3. Ta sekcja także obejmuje około 4 całkowitego L/D mieszania.

Mieszaninę 27,4% mielonej opudrowanej gumy butylowej (75% gumy butylowej opudrowanej 25% węglanu wapnia), 14,1% żywicy terpenowej o niższej temperaturze topnienia (temperatura topnienia = 85°C), .14,4% żywicy terpenowej o wyższej temperaturze topnienia (temperatura topnienia = 125°C) i 44,1% węglanu wapnia dodawano do pierwszego dużego otworu zasilającego w ilości 11 kg/godz.

184 778

Mieszaninę 73,5% polioctanu winylu o niskim ciężarze cząsteczkowym, 9,2% polioctanu winylu o wysokim ciężarze cząsteczkowym, 8,6% żywicy terpenowej o niższej temperaturze topnienia, 8,7% żywicy terpenowej o wyższej temperaturze topnienia dodawano do drugiego dużego otworu zasilającego w ilości 7,8 kg/godzinę. Do tego otworu zasilającego dodawano także poliizobutylen w ilości 1,6 kg/godz.

Mieszanina tłuszczów ogrzana do 83°C wtryskiwana była przez otwory do wtrysku cieczy w trzeciej strefie mieszania w całkowitej ilości 6,5 kg/godzinę, przy czym do każdego otworu dodawano 50% mieszaniny. Ta mieszanina tłuszczów składała się z 0,2% butylohydroksytoluenu, 2,5% sproszkowanego kakao, 31,9% uwodornionego oleju z nasion bawełny, 19,8% monostearynianu gliceryny, 18,7% uwodornionego oleju sojowego, 13,7% lecytyny i 13,2% częściowo uwodornionego oleju z nasion bawełny.

Mieszanie było kontynuowane w czwartej strefie bez dodatku dalszych składników do uzyskania podstawy gumy, która bezpośrednio po tym była stosowana do wytworzenia cukrowej gumy do żucia o zapachu mięty pieprzowej.

Cztery temperatury strefowe (w °C) ustawiono odpowiednio na 176,6, 176,6, 43 i 3,9. Temperaturę ślimaka ustawiono na 38,3°C. Temperatury produktu w każdej z czterech sekcji mierzono w ustalonym stanie (w °C), odpowiednio jako 160, 138, 73 i 50. Obroty ślimaka wynosiły 63 obroty na minutę.

Przykład 5

Stosownie do fig. 7, różnicowy, skanningowy wykres kalorymetryczny przedstawia pojemność cieplną w funkcji temperatury dla polioctanu winylu o niskim ciężarze cząsteczkowym. Jak to przedstawiono, ze względu na pojemność cieplną polioctanu winylu w zakresie temperatur między 30 i 75°C, w tej temperaturze absorbowana jest duża ilość ciepła.

Poniżej będą przedstawione dalsze przykłady wykonania sposobu według wynalazku. Składniki gumy do żucia podane poniżej w tabeli 1 dodawano do wytłaczarki Buss'a.

Tabela 1

49°C temperatura produktu wytłaczarka 100 mm, L/D wynoszące 19 profil ślimaka # 8 obrotów na minutę

4,6 kW moc

Zasilanie	Miejsce zasilania	Temp (°C)	Ilość (kg/godz)
1	2	3	4
Guma #1	Otwór #1	24	2,3
Żywica #1	Otwór # 1	24	2,3
Żywica #2	Otwór #1	24	2,3
Wypełniacz #1	Otwór # 1	24	5,7
POW	Otwór #2	24	6,5
Guma o niskim ciężarze cząsteczkowym	Otwór #2	104	1,6
Tłuszcze (żywica #1)	Strefa #3, wtrysk do 1-szego trzpienia	80	3,3
Tłuszcze (żywica #1)	Strefa #3, wtrysk do ostatniego trzpienia	80	3,3
Gliceryna	Strefa #5, wtrysk przed otworem	23	1,8
Cukier	Otwór #5	24	77,9

184 778

c.d tabeli

1	2	3	4
Dekstryna	Otwór #5	24	14,2
Glukoza	Strefa #5, wtrysk za otworem	30	13,6
Środki smakowozapachowe	Strefa #5, wtrysk do ostatniego trzpienia	24	1,36
	Wydajność	136,2

Figura 8 przedstawia przybliżone temperatury materiału w wytłaczarce Buss'a podczas przetwarzania produktu przytoczonego powyżej w tabeli 1. Linie pionowe oznaczają punkty początkowe i końcowe. Temperatura na końcu każdej sekcji mierzona była termoparą.

Spadek temperatury na początku każdej sekcji wyliczany był na podstawie ilości dodawanych składników, temperatur i pojemności cieplnych.

Jak może być to stwierdzone na podstawie powyższej tabeli 1, największy udział w spadku temperatury na początku drugiej sekcji spowodowany był dodaniem w tym miejscu polioctanu winylu o temperaturze 25°C. Jeśli ten materiał nie byłby tak efektywnie ochłodzony, temperatura w drugiej sekcji wzrosłaby do nieakceptowanego poziomu, powyżej 180°C. Tu należy zauważyć, ze temperatury 190°C do 200°C i wyższe mogą być bardzo niszczące.

Zgodnie z fig. 8, spadek temperatury był obliczany z danych powyższej tabeli 1. Należy zauważyć, że dodawane w punkcie 2 składniki obejmowały polioctan winylu w ilości 6,5 kg/godzinę i w temperaturze 24°C oraz poliizobutylen w 104°C w ilości 1,6 kg/godzinę. Polioctan winylu był odpowiedzialny za całkowity spadek temperatury na początku drugiej sekcji.

Sposób według niniejszego wynalazku jest możliwy do zrealizowania w wielu różnorodnych postaciach wykonania, z których tylko kilka zilustrowano i opisano powyżej. Wynalazek może być zrealizowany w innych postaciach nie zmieniając jego głównych cech.

184 778

184 778 ^FIG-2 FIG. 3

FIG. 4

FIG.5

Jj ii

I I

184 778

FIG. 6α FIG.ób

FIG. 6c FIG. 6d

184 778

IX o

0.5 SEC

200 75.0 130.0 1850 2400

TEMP. C (HEAT1NG)

184 778

FIG. 8

184 778

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ciągłego wytwarzania podstawy gumy do żucia za pomocą mieszalnika łopatkowo-trzpieniowego wyposażonego w strefę mieszania rozprowadzającego i strefę mieszania rozpraszającego, do którego w sposób ciągły wprowadza się składniki podstawy gumy do żucia obejmujące elastomer, wypełniacz i polioctan winylu w postaci stałej i po wymieszaniu w mieszalniku, z mieszalnika wyprowadza się gotową podstawę gumy, znamienny tym, ze do mieszalnika wprowadza się polioctan winylu w postaci stałej, którego temperatura zeszklenia jest niższa niż temperatura elastomeru i wypełniacza w mieszalniku, w ilości stanowiącej od przynajmniej 10% do 41% uzyskanej podstawy gumy, w temperaturze nie wyższej niż temperatura pokojowa.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wprowadzeniem polioctanu winylu, do mieszalnika wprowadza się elastomer i wypełniacz.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polioctan winylu wprowadza się w obrębie pierwszej strefy mieszania rozpraszającego mieszalnika.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polioctan winylu dodaje się za pierwszą strefą mieszania rozpraszającego mieszalnika.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed dodaniem do mieszalnika polioctan winylu ochładza się.