CN100489019C - 一种丁苯橡胶在稀释剂中的分散方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种丁苯橡胶在稀释剂中的分散方法。首先用切胶机将块状橡胶切割成条状，然后用橡胶破碎机破碎成5～20mm的颗粒；通过风力或机械输送的方式将橡胶颗粒送入混合罐，在搅拌条件下与液态稀释剂均匀混合；混合物在温度140～200℃经过高剪切设备2～10次循环剪切后，稳定发育0.5～3小时；再次经高剪切设备剪切后，得到均匀分散的橡胶溶液。本发明得到的橡胶溶液在高温状态下可以由泵输送，并容易与沥青混合，制取低温性能良好的道路沥青产品，满足了大规模工业生产的要求，并且设备利用率高、能耗低。

Description

一种丁苯橡胶在稀释剂中的分散方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶的破碎及其在稀释剂中的分散方法。

背景技术

在气候寒冷地区，低温开裂是引起沥青混凝土路面结构破坏的主要因素。为保证路面在冬季仍具有良好的使用性能，对寒冷地区铺路用沥青胶结料的低温性能要求较高。在传统的沥青性能评价方法中，延度是表征沥青低温性能的重要指标，多年来的研究和实际应用结果证明，一般来说延度低的沥青低温性能较差。沥青的延度与原油的结构和组成密切相关，部分原油品种(如塔河原油)由于组成中芳香分含量低、沥青质含量高，采用传统的蒸馏、氧化、调合等沥青加工工艺很难得到低温性能良好的沥青产品，不能满足高等级公路的铺筑要求。而采用添加高分子聚合物等外掺剂对沥青进行改性，是改善其低温性能最为有效的途径。丁苯橡胶作为目前国内外产量和使用量最大的一种人工合成橡胶品种，由于本身具有良好的延伸性能，在提高道路沥青的延度和低温性能方面具有广泛应用。但由于丁苯橡胶分子间容易相互粘接，一般以块状形态存在，破碎困难，而且难以直接溶解于沥青中，限制了其在道路工程方面的大规模应用。

为使丁苯橡胶能够顺利用于沥青改性，人们发明了许多先将其制成各种类型的改性母体，然后再与沥青混合使用的方法。如中国专利CN 1035010揭示的先将块状丁苯橡胶切成条状，再用炼胶机将条状胶辗成小于3mm厚的片状，然后与溶剂在打浆机中搅拌混合制成胶浆，再将胶浆与适量沥青混合并回收溶剂制备橡胶沥青母体的方法；中国专利CN 1042836揭示的将破碎成小颗粒的丁苯橡胶或从生产线取下的、成型前的橡胶膨松体浸入水中，再将含水的橡胶与溶剂高温搅拌溶解制备沥青改性剂的方法；中国专利CN 1364828揭示的将100份(重量)的丁苯橡胶或再生胶粉与50～500份沥青混合，在密炼机中密炼制备改性沥青浓缩体的方法。这些方法虽然较好地解决了丁苯橡胶在沥青生产中的应用问题，但也分别存在一定的不足之处。胶浆工艺需对溶剂进行回收，工艺复杂，易造成环境污染，并且残存的苯、汽油等溶剂会对沥青性能产生不良影响；用水做橡胶隔离剂在橡胶与溶剂混合的过程中需进行脱水处理，耗费能源，并且水在高温状态下急剧汽化，体积迅速膨胀，易导致冒罐等事故；由密炼机密炼得到的橡胶沥青浓缩体本身也是粘稠的块状物，在实际应用过程中存在输送困难及不易与沥青混合等问题。

发明内容

本发明提供了一种将块状丁苯橡胶快速、均匀分散于稀释剂中的方法，得到的橡胶溶液在高温状态下可以由泵输送，并容易与沥青混合，制取低温性能良好的道路沥青产品，满足了大规模工业生产的要求。

本发明中丁苯橡胶在稀释剂中均匀分散是指：用刮刀或硬纸板沾取少量橡胶溶液，均匀涂覆于白纸上，形成长约15cm、宽约5cm的薄层，用肉眼观测无可见颗粒，在显微镜下观测，橡胶颗粒直径应小于5μm。

本发明的制备方法包括如下步骤：(1)将块状丁苯橡胶切割成条状，然后将条状橡胶破碎成5～20mm的颗粒，优选8～15mm；(2)通过风力或机械输送的方式将橡胶颗粒送入混合罐，在搅拌条件下与液态稀释剂均匀混合；(3)在温度140～200℃条件下，用高剪切设备循环剪切2～10次，优选2～5次；(4)在温度140～200℃条件下，稳定发育0.5～3小时，优选1～2小时；(5)在温度150～200℃条件下，再次经高剪切设备剪切后，得到均匀分散的丁苯橡胶溶液。

本发明所述的丁苯橡胶是指以丁二烯和苯乙烯为主要单体，通过共聚反应得到的高分子弹性体。既可以是丁二烯和苯乙烯单体通过低温乳液聚合得到的乳聚型丁苯橡胶，也可以是通过高温溶剂聚合得到的溶聚型丁苯橡胶；既可以是非充油型橡胶，也可以是充填稀释剂后得到的充油橡胶。

本发明所述的稀释剂是指天然或人工合成的、可溶解丁苯橡胶、并且不与其发生化学反应的高沸点有机溶剂。包括炼油厂常压或减压蒸馏过程中得到的馏分油、润滑油生产过程中得到的富含芳烃的溶剂精制抽出油、沥青、催化裂化油浆、煤焦油及上述物质的混合物等，如用于制备道路沥青，不需从产品中脱除。在与橡胶混合之前，稀释剂应处于液态，温度以80～140℃为宜，最好为100～120℃。

本发明中丁苯橡胶在橡胶溶液中的相对含量一般不超过25％(重量)，一般为5％～25％，含量太高将使橡胶和稀释剂混合物的粘度过大，而无法在高温条件下用泵进行输送，限制了在工业上的大规模应用。

本发明的橡胶破碎过程可由各种类型和型号的切胶机和橡胶破碎机配合完成。先用切胶机将块状丁苯橡胶切割成条状，大小以不超过橡胶破碎机所能承受的最大处理能力为宜。然后用橡胶破碎机将条状橡胶破碎为橡胶颗粒，颗粒平均直径(换算为相同体积球形颗粒的直径)应在5～20mm之间，最好在8～15mm之间。颗粒过小将增加破碎的难度，使橡胶破碎机的处理能力降低；颗粒过大将增加循环剪切和在稀释剂中分散和溶解的难度。

本发明的循环剪切过程通过高剪切设备完成，可以是各种类型和型号的高剪切分散乳化机或胶体磨。设备定子和转子之间的间隙应适当，以保证开始阶段橡胶颗粒和稀释剂混合物顺利通过，以及最终橡胶在稀释剂中的均匀分散。根据所采用高剪切设备的不同，物料平均被循环剪切的次数一般在2～10次之间，剪切之后橡胶颗粒的平均直径应在0.5～5mm之间，最好在1～3mm之间。颗粒过大将增加稳定发育的时间，不易得到均匀分散的橡胶溶液；颗粒过小将增加循环的次数，导致设备的能耗增加。循环剪切过程中，橡胶和稀释剂混合物的温度应在140～200℃之间，最好在150～170℃之间。以保证物料具有良好的流动性，以及不因温度过高而导致橡胶发生热降解。

经过循环剪切的橡胶和稀释剂混合物应在搅拌或静置条件下高温储存一定时间，使橡胶颗粒在稀释剂中充分发育，以利于最后的均匀分散。增加高温发育过程可以有效减少循环剪切的次数，大大提高剪切设备的利用效率并降低能耗。储存温度应在140～200℃之间，最好在160～180℃之间。如果温度低于140℃，将延长橡胶颗粒在稀释剂中的发育时间；如果温度高于200℃，将导致橡胶迅速发生降解，使产品的性能下降。根据循环剪切情况，储存时间一般在0.5～3小时之间，最好在1～2小时之间。如果储存时间太短，则橡胶不能在稀释剂中充分发育，达不到所要求的分散效果；如果储存时间太长，则由于聚合物在储存温度下发生缓慢降解，而使其性能变差，另外生产效率也会降低。

经过高温储存的橡胶和稀释剂混合物在高温条件下再次经过高剪切设备剪切后，丁苯橡胶以微粒状态分散于稀释剂中，得到均匀分散的橡胶溶液。剪切温度应在150～200℃之间，最好在160～180℃之间。剪切次数为1～3次，一般仅需1次即可。虽然不经过最后的剪切过程，仅靠增加高温储存发育的时间也可以使橡胶在稀释剂中最终均匀分散，但这将是一个非常缓慢的过程，限制了丁苯橡胶溶液的大规模工业化应用，并且会使产品质量变差。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明做进一步说明。

实施例1

取一块中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司生产的充油型丁苯橡胶(牌号1712，重量35kg)，用切胶机(青岛东风橡胶塑料机械厂生产，DQJ 800型，下同)切割成长、宽、高各约200×100×100mm的条状物，投入橡胶破碎机(青岛东风橡胶塑料机械厂生产，SWP-360型)，破碎为平均直径约8mm的橡胶颗粒。

向混合罐A中加入50kg稀释剂(中国石化燕山分公司生产的润滑油溶剂精制抽出油)，升温至120℃后，在搅拌条件下通过机械输送方式加入上述橡胶颗粒11kg。待橡胶与稀释剂混合均匀并且温度升高至140℃后，启动高剪切分散乳化机(上海弗鲁克流体机械制造有限公司生产，FDX-100型，下同)进行剪切，将经过初次剪切的物料通过齿轮泵送入混合罐B中。待全部物料进入B罐后，再次通过剪切机和齿轮泵使物料经二次剪切后进入A罐，待全部物料进入A罐后，通过剪切机和齿轮泵使物料经第三次剪切后进入B罐。取样观测，丁苯橡胶以直径2mm左右的颗粒状态分散于稀释剂中。保持B罐温度为160℃，使橡胶和稀释剂混合物在B罐中高温储存发育，当发育时间达到2小时时，启动剪切机和齿轮泵对物料进行再次剪切。取样观测，经过剪切后橡胶以微粒状均匀分散于稀释剂中形成橡胶溶液。

实施例2

取一块中国石油天然气股份有限公司兰州分公司生产的非充油型丁苯橡胶(牌号1500，重量25kg)，用切胶机切割成长、宽、高各约450×100×100mm的条状物，投入橡胶破碎机(青岛东风橡胶塑料机械厂生产，DFSP-1000型)，破碎为平均直径约12mm的橡胶颗粒。

向混合罐A中加入50kg稀释剂(中国石化济南分公司生产的润滑油溶剂精制抽出油)，升温至140℃后，在搅拌条件下通过风力输送方式加入上述橡胶颗粒12kg。待橡胶与稀释剂混合均匀并且温度升高至140℃后，启动高剪切分散乳化机进行剪切，并将经过初次剪切的物料通过齿轮泵送入混合罐B中，待全部物料进入B罐后，再次通过剪切机和齿轮泵使物料经过二次剪切后进入A罐。重复上述步骤，使全部物料经过五次剪切后进入B罐。取样观测，丁苯橡胶以直径1mm左右的颗粒状态分散于稀释剂中。保持B罐温度为170℃，使橡胶和稀释剂混合物在B罐中高温储存发育，当发育时间达到1小时，启动剪切机和齿轮泵对物料进行再次剪切。取样观测，经过剪切后橡胶以微粒状均匀分散于稀释剂中形成橡胶溶液。

实施例3

向搪瓷桶中加入30kg稀释剂(济南抽出油)，升温至140℃后，加入实施例2中的橡胶颗粒5kg。搅拌均匀后通过胶体磨(沈阳航天新光集团公司生产，JTM 85D型)进行剪切，经过二次剪切后取样观测，丁苯橡胶以直径2mm左右的颗粒状态分散于稀释剂中。保持搪瓷桶的温度为170℃，使橡胶和稀释剂混合物高温储存发育，当发育时间达到2小时时，通过胶体磨再次进行剪切处理。取样观测，经过剪切后橡胶以微粒状均匀分散于稀释剂中形成橡胶溶液。

实施例4

实施例4的实验步骤与实施例2相同，只是将稀释剂改为炼油厂减压蒸馏工艺过程中的减四线馏分油。实验结果表明，可以实现本发明的分散效果。

实施例5

实施例5的实验步骤与实施例2相同，只是将稀释剂改为润滑油溶剂精制抽出油(中国石化济南分公司生产)与沥青(中国石化茂名分公司生产，针入度2151/10mm)重量比1：1的混合物。实验结果表明，可以实现本发明的分散效果。

比较例1

向混合罐A中加入50kg稀释剂(济南抽出油)，升温至140℃后，在搅拌条件下通过风力输送方式加入实施例2中的橡胶颗粒10kg。待橡胶与稀释剂混合均匀并且温度升高至140℃后，启动高剪切分散乳化机进行剪切，并将经过初次剪切的物料通过齿轮泵送入混合罐B中，待全部物料进入B罐后，再次通过剪切机和齿轮泵使物料经过二次剪切后进入A罐。重复上述步骤，使全部物料经过五次剪切后进入B罐。取样观测，丁苯橡胶以直径1mm左右的颗粒状态分散于稀释剂中。保持B罐温度为170℃，使橡胶和稀释剂混合物在B罐中高温储存发育。每隔1小时取样观测1次，可以发现当发育时间达到10小时时，基本无肉眼可见颗粒，丁苯橡胶均匀分散于稀释剂中形成橡胶溶液。

比较例2

比较例2的实验步骤与实施例2相同，只是将橡胶颗粒的加入量增加为20kg。实验中发现经过高温储存发育后，由于物料粘度过大，而无法由剪切机进行剪切或由齿轮泵输送。

比较例3

按照比较例1所述的方法，不采用其中的高温发育过程，仅采用循环剪切的操作方式，实验结果表明，需要10次以上的循环剪切才能达到均匀分散的要求。

Claims (7)

1、一种将块状丁苯橡胶均匀分散于稀释剂中的制备方法，包括如下步骤：(1)将块状橡胶切割成条状，然后将条状橡胶破碎成5～20mm的颗粒；(2)橡胶颗粒在搅拌条件下与液态稀释剂均匀混合；(3)在温度140～200℃条件下，用高剪切设备循环剪切2～10次；(4)在温度140～200℃条件下，稳定发育0.5～3小时；(5)在温度150～200℃条件下，再次经高剪切设备剪切后，得到均匀分散的橡胶溶液；其中步骤(2)所述的稀释剂是炼油厂常压或减压蒸馏过程中得到的馏分油、润滑油生产过程中得到的富含芳烃的溶剂精制抽出油、沥青、催化裂化油浆、煤焦油及上述物质的混合物；步骤(5)所述的高剪切设备是高剪切分散乳化机或胶体磨。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为主要单体，通过共聚反应得到的高分子弹性体。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的橡胶破碎过程由切胶机和橡胶破碎机配合完成，破碎后的橡胶颗粒平均直径在8～15mm之间。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于橡胶颗粒通过风力或机械输送的方式送入混合罐中与稀释剂混合。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的剪切之后橡胶颗粒的平均直径在0.5～5mm之间。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的剪切之后橡胶颗粒的平均直径在1～3mm之间。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的循环剪切为2～5次；步骤(4)所述的稳定发育在搅拌或静置下进行，时间为1～2小时。