CN103600435A - 橡胶母炼胶的连续式制造方法及该方法制备的橡胶母炼胶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了橡胶母炼胶的连续式制造方法及该方法制备的橡胶母炼胶，制造方法包括：1）：将填料加入到橡胶溶液中，通过搅拌形成橡胶/填料/溶剂混合物；2）：将步骤1）中得到的橡胶/填料/溶剂混合物送入凝聚器中，并在凝聚器中任选与氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体相接触并混合后凝聚，得到橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；3）：将步骤2）中得到的混合物直接通入温度高于溶剂沸点的加热介质中，该介质的极性与所用溶剂的极性不同，混合物凝聚并退溶胀，并且溶剂迅速挥发，从而形成含有该加热介质的橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；4）：脱除溶剂并对剩余的混合物进行干燥，得到橡胶/填料母炼胶。

Description

橡胶母炼胶的连续式制造方法及该方法制备的橡胶母炼胶
技术领域
本发明涉及橡胶领域，特别涉及橡胶母炼胶的连续式制造方法及该方法制备的橡胶母炼胶。
背景技术
在橡胶/填料/添加剂/溶剂体系中，橡胶/填料/添加剂从溶剂中的凝聚是制造橡胶/填料/添加剂母胶中很重要的步骤。WO98/58985中所述的这一过程为大型带有叶片的蜗轮干燥机在每分钟400/1200转的装置中进行，这种方法的凝聚速度较慢，工艺过程长，耗能高。本发明涉及几种高速混合/凝聚器，在该混合/凝聚器内凝聚介质，包括气体，尤其是高温气体和液体与橡胶/填料/添加剂混合物在高能湍流的状态下瞬间混合，由于气体的高温效应及液体介质与溶剂极性方面的差异，橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物中的橡胶/填料/添加剂将在溶剂中产生退溶剂现象而凝聚。由于高速湍流效应，混合物和凝聚介质即退溶剂介质的混合在几毫秒至数百毫秒内即可完成。因而，退溶剂介质和橡胶/填料/添加剂/溶剂的界面大大增加，因此橡胶/填料/添加剂在溶剂中的凝聚速度非常快。如果退溶剂介质的温度较高，溶剂将在凝聚过程中产生挥发，此种现象在混合/凝聚器内因流体的高速流动而导致压力降低的作用进一步加速。因此，与现有方法相比，本申请所设计的凝聚器具有高效、节能而且混合及凝聚连续操作的特点。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种橡胶母炼胶的连续式制造方法及该方法制备的橡胶母炼胶。本发明的另一个目的是提供一种使用本发明的橡胶母炼胶制备的橡胶制品。
本发明所述的橡胶母炼胶的连续式制造方法的优点为：
1）连续高效；
2）混合和凝聚均匀且速率快；
3）显著提高硫化胶的物理机械性能和橡胶制品的质量；
4）本发明所述方法对橡胶和填料及添加剂的种类及含量的适用范围广。
本发明进一步涉及如下实施方案：
一种橡胶母炼胶的连续式制造方法，包括如下步骤：
步骤1）：将填料加入到橡胶溶液中，通过搅拌形成橡胶/填料/溶剂混合物；
步骤2）：将步骤1）中得到的橡胶/填料/溶剂混合物送入凝聚器中，并在凝聚器中任选与氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体相接触并混合后凝聚，得到橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤3）：将步骤2）中得到的混合物直接通入温度高于溶剂沸点的加热介质中，该加热介质的极性与所用溶剂的极性不同，混合物进一步凝聚并退溶胀，并且溶剂迅速挥发，从而形成含有该加热介质的橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤4）：脱除溶剂并对剩余的混合物进行干燥，得到橡胶/填料母炼胶；
其中，在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，分离加热介质，从加热介质中分离出来的混合物再转入加热运输带式干燥机内，在真空、惰性气体或空气中进行干燥；或在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，然后对剩余的混合物进行挤压加热干燥。
优选的是，其中任选回收步骤4）所脱除的溶剂，循环利用。
优选的是，其中在步骤1）和/或步骤2）中任选添加一种或多种选自油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、染料、颜料、硫化剂和促进剂的添加剂。
优选的是，其中步骤3）可以使用任何容器来实施。
更为优选的是，其中步骤3）在罐状容器中实施，优选圆柱形罐状容器。
优选的是，其中步骤3）所述的加热介质为水，所述溶剂为沸点低于100℃烃类溶剂，任选再经过真空干燥、加热干燥或挤压加热干燥除去水后得到橡胶/填料母炼胶。
更为优选的是，其中所述加热干燥为烘干或风干。
更为优选的是，其中所述挤压加热干燥为先挤压脱除加热介质后再进一步干燥。
更为优选的是，其中所述进一步干燥为风干、烘干或机械干燥。
更为优选的是，其中所述机械干燥为使用开炼机、捏炼机、密炼机、连续密炼机、单螺杆挤出机，双螺杆挤出机进行干燥。
本发明还提供了由上述方法制备的橡胶母炼胶。
进一步地，本发明还提供了采用上述橡胶母炼胶制备得到的一种橡胶制品。
本发明的橡胶母炼胶的连续式制造方法包括如下步骤：
步骤1）：将填料加入到橡胶溶液中，通过搅拌形成橡胶/填料/溶剂混合物；
步骤2）：将步骤1）中得到的橡胶/填料/溶剂混合物送入凝聚器中，并在凝聚器中任选与氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体相接触并混合后凝聚，得到橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤3）：将步骤2）中得到的混合物直接通入温度高于溶剂沸点的加热介质中，该介质的极性与所用溶剂的极性不同，混合物凝聚并退溶胀，并且溶剂迅速挥发，从而形成含有该加热介质的橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤4）：脱除溶剂并对剩余混合物进行干燥，得到橡胶/填料母炼胶；
其中，在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，分离加热介质，从加热介质中分离出来的混合物再转入加热运输带式干燥机内，在真空、惰性气体或空气中进行干燥；或在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，然后对剩余的混合物进行挤压加热干燥。
本发明的橡胶母炼胶的连续式制造方法还任选包括回收步骤3）所脱除的溶剂以循环利用的步骤。此外，在步骤1）和/或步骤2）中任选添加一种或多种选自油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、染料、光稳定剂、阻燃剂、热稳定剂、颜料、硫化剂和促进剂的添加剂。
步骤1）可以使用本领域公知的方法实现。步骤1）中所述的搅拌可以使用一般搅拌机完成，包括但不限于叶片式搅拌机，槽式搅拌机，行星式搅拌机，曲拐式搅拌机等。
步骤1）还可以进一步包括细分散步骤，所述的细分散可以通过如下方式实施：将上述搅拌所得的混合物通过一个喷嘴在高压高剪切的情况下喷出，以改善填料和/或添加剂的分散；使上述喷出物通过一个多弯头管使混合液在管中与管壁撞击增加填料和/或添加剂的分散性；或使喷出物通过一个管内径多次收放变化的管路来变换剪切应力而增加填料和/或添加剂的分散。所用压力范围从0.1MPa至60MPa，优选10MPa至40MPa。
所述的细分散后所形成的混合物还可以通过下述精分散进一步改善填料和/或添加剂在橡胶溶液中的分散：
i．将所述细分散之后的混合物连续加入球磨机和/或胶体磨中进行分散，使填料和/或添加剂均匀的分散在橡胶溶液中；
ii．将所述细分散之后的混合物连续加入到研磨机中进行研磨以使填料和/或添加剂充分分散在橡胶溶液中，该研磨机具有一组或多组高速转动的平面磨盘和固定在研磨机套筒上并与平面磨盘相间的固定销钉或定盘。
iii．将所述细分散之后的混合物连续加入到研磨机中进行研磨，该研磨机具有转动方向相反的两个叶片，所述叶片具有细孔流槽，在高压下可以通过旋转的叶片提高填料和/或添加剂在橡胶溶液中的分散程度。所用压力范围从0.1MPa至60MPa，优选10MPa至40MPa。
iv．将所述细分散之后的混合物连续地加入到多层高压狭缝分散机中，使混合物在高压下从两层之间狭缝中挤出，此时产生的强剪切力可提高填料和/或添加剂在橡胶溶液中的分散程度。所用压力范围从0.1MPa至60MPa，优选10MPa至40MPa。
v．将所述细分散之后的混合物连续地加入到动力分散器中进行分散，所述动力分散器的高速旋转的转子上有许多径向分布的狭缝或孔，混合物以高速撞击在定子表面上以使填料和/或添加剂均匀地分散在橡胶溶液中。
上述五种细分散方法中的两种或两种以上可以相互串联使用。
所述的橡胶溶液可以直接从制备溶聚橡胶生产线中直接获得，亦可将任何类型的干胶在该胶的溶剂中溶解制备。当用干胶制备橡胶溶液时，所述干胶可以是本领域中使用的任何种类的橡胶，如天然聚合物或合成聚合物。所述天然聚合物包括但不限于天然胶、杜仲胶、银菊胶等；所述合成聚合物包括但不限于单体在溶液中聚合所得（即溶聚橡胶）、单体在乳液中聚合所得（即乳聚橡胶）、单体本体进行聚合所得。当所述橡胶溶液直接从制备溶聚橡胶生产线中获得时，所述溶聚橡胶为用乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、4-7个碳原子的双烯或6-7个碳原子的三烯、或含其它原子或官能团的烯类单体的均聚或共聚聚合物，所述其他原子或官能团为硅原子、氟原子、氯原子、氮原子、氧原子、硫原子、酯基团，氨基酯基团，氰基，也包括含有上述单体的均聚物和共聚物，其中包括但并不限于聚丁二烯、聚异戊二烯、丁苯胶、乙丙胶、丁基胶、丁腈胶、氯丁胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶等。橡胶的分子量为1千至4000万，优选5千至3000万，更优选1万至800万。
所述橡胶溶液中的溶剂均为各种橡胶的良溶剂。溶剂具体可以是脂肪烃溶剂、芳香烃溶剂、氯化烃溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂和酯类溶剂，所述脂肪烃溶剂包括但并不限于各种溶剂汽油、环烷烃、取代环烷烃、正烷烃，所述芳香烃溶剂包括但不限于苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯，所述氯化烃溶剂包括但不限于二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、氯苯、四氯乙烯、氯甲苯。橡胶在溶液中的浓度范围为1%重量至60%重量，优选5%重量至40%重量，更优选10%重量至30%重量。
所述填料包括但不限于橡胶中所用的各种固体粉末状补强剂和填充剂，如各类炭黑、二氧化硅、金属氧化物、盐类、不同树脂及上述填料的纳米级材料。其中所述金属氧化物包括但并不限于氧化铝、氧化镁、氧化锌等，所述盐类包括但并不限于碳酸钙、陶土及上述填料的纳米级材料。填料的比表面积为0.1至800m2/g，优选1至500m2/g，更优选5至300m2/g。对于炭黑、二氧化硅（白炭黑）来说，其吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g，其中所述的填料包括它们的混合物，如多相填料，其中包括但并不限于炭黑、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化钛、氧化硼等组成的双相或多相填料，对于双相或多相填料来讲，其吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g。填料的用量为5至300重量份（以橡胶为100重量份计），优选10至200重量份，更优选30至150重量份。所述填料也包括上述填料中两种或多种的并用物。
所述的填料也包括它们的表面改性填料。其中所述的表面改性可以是通过化学反应将一定的官能团接在填料表面或通过混合或吸附而将改性剂通过物理方式结合在填料表面上。所述改性来讲，可以将改性剂溶于溶剂后与填料混合进行液相改性，如Wang W,Nanse G,Vidal A,et al.K.G.K[J],1994,47:493中所述，也可以将改性剂与填料混合加热进行固相改性，如Wang MJ,Wolff.S.R.C.T[J],1992,65:715中所述。表面改性也可以在将填料加入橡胶溶液中之前进行，或将改性剂加入到橡胶溶液和填料的混合物中进行表面改性。所述改性剂为本领域常规的改性剂，诸如用以下通式表示的有机硅烷偶联剂：
(Rn-(RO)3-nSi-(Alk)m-(Ar)p)q(A)   （I）
Rn’(RO)3-nSi-(Alk)   （II）
或Rn’(RO)3-nSi-(Alkenyl)   （III）
式中，当q=1时，A为-SCN，-SH，-Cl，-NH2；
当q=2时，A为-Sx-；
R和R’为碳原子从1至4的支化或直链的烷基或酚基，R和R’可以相同，也可以不同；
n为0，1或2；
Alk是含有1至6个碳原子的直链或支链烃基；
Alkenyl是含有1至6个碳原子的直链或支链烯基；
m为0或1；
Ar是含有6至12个碳原子的芳基；
p为0或1，p和n不能同时为0；
x为2至8；
其中最常用的为双（三乙氧基丙基硅烷）四硫化物和二硫化物、3-硫氰基丙基-三乙氧基硅烷、γ-巯基-三甲氧基硅烷、锆酸酯偶联剂、酞酸酯偶联剂、硝基偶联剂、醇类化合物，所述醇类化合物包括但不限于单元醇、二元醇、多元醇，所述醇类化合物包括但不限于丙醇、丁醇、乙二醇、聚乙二醇及其衍生物。
本发明步骤1）可以直接将填料和/或添加剂加入到橡胶溶液中，也可以先将填料和/或添加剂加入到与橡胶溶液相同或不同的溶剂中混合形成均匀的悬浮液后再加入并通过搅拌混入橡胶溶液中。添加剂可任选包括油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、染料、颜料、硫化剂或促进剂的添加剂中的一种或多种。所用添加剂的用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。
在步骤2）中将步骤1）中的橡胶/填料/溶剂混合物送入凝聚器中，并在凝聚器中任选与氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体相接触并混合后凝聚，得到橡胶/填料复合物与溶剂的混合物。
步骤2）中使用的凝聚器可以为具有一个或两个以上进料口的管式凝聚器，其中所述进料口的进料方向可以与管式凝聚器管的轴向方向平行，出口处于管的末端，也可以与管式凝聚器管的轴向方向呈1-180°角，优选呈20-120°角，更优选呈70-100°角，最优选呈85-95°角。当进料口为多个时，部分进料口的进料方向与管式凝聚器管的轴向方向平行；其余的进料口的进料方向与管式凝聚器的筒的轴向方向呈1-180°角，优选呈20-120°角，更优选呈70-100°角，最优选呈85-95°角，各进料口的进料方向在与管轴心垂直的横截面上的投影为该横截面的半径方向至该横截面的切线方向之间的任何方向，优选为半径方向，或者为切线方向。所述的进料口均处于与管的轴向相垂直的同一平面上或者所述的进料口处于不同的平面上。
步骤2）中使用的凝聚器也可以为由两个或三个以上相互同心的管组成的凝聚器，其中每个管具有一个或两个以上的进料口，所述进料口的进料方向为平行于管的轴向方向或为管的切线方向，出口处于管的末端。流体可以直接通入，也可以从管壁的切线方向通入。每个管的进料口的末端可以在同一平面内，也可以由内向外每个管的进料口的末端依次变长或由内向外每个管的进料口的末端依次变短。
步骤2）中使用的凝聚器也可以为筒式凝聚器，该筒式凝聚器只有一个进料口，该进料口位于筒式凝聚器的上端或筒壁上，出口处于筒的下端。流体可以通过进料口直接注入凝聚器，也可以沿筒壁以切线的方向注入凝聚器。
步骤2）中使用的凝聚器也可以为上部是筒状，下部是圆锥状的筒锥式结构，并具有一个或两个以上进料口。进料口的进料方向可以为筒壁的切线方向；各进料口可以处于同一平面，也可以处于不同平面。进料口的进料方向也可以与筒的轴向方向垂直或与筒的轴向方向呈1-180°角，优选20-110°角，更优选70-100°角，最优选85-95°角，各进料口的进料方向在与筒轴心垂直的横截面的投影为该横截面的半径方向至该横截面的切线方向之间的任何方向，优选为该横截面的切线方向。
步骤2）中所述的氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体和步骤1）中得到的橡胶/填料/溶剂混合物通过一个或多个进料口进入凝聚器，其中氮气的温度为20-300℃，水蒸气的温度为100-300℃，液体水的温度为20-100℃，油的温度为20-300℃，填料水浆的温度为20-100℃。所述油为橡胶领域制造充油橡胶常用的油。步骤1）中任选使用的油可以与步骤2）中使用的油相同或不同。步骤1）中使用的填料可以与步骤2）中使用的填料相同或不同。
在步骤3）中，将步骤2）中得到的混合物直接通入温度高于溶剂沸点的加热介质中。当加热介质的性质与所用溶剂性质尤其是极性不同时，混合物即凝聚并退溶胀，而加热介质温度高于溶剂沸点时，溶剂即迅速挥发而成含有加热介质的母炼胶。该母炼胶经加热除去加热介质后即成母炼胶产品，在此过程中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中进行回收，所得的凝聚混合物经过滤与加热介质分离并干燥后即成母胶产品。上述加热介质包括但不限于水。当用水做加热介质时，所述溶剂为沸点低于100℃溶剂。然后所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体以及水蒸汽进入冷凝器和分馏塔中进行回收。
步骤3）的凝聚可以使用任何容器来实施；优选，不使用任何特殊设计的凝聚器来实施；步骤3）的凝聚可以在罐状容器中实施。优选，步骤3）使用任意形状的罐状容器，更优选使用圆柱形的罐状容器。
步骤4）中的干燥是指在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，分离加热介质，从加热介质中分离出来的混合物再转入加热运输带式干燥机内，在真空、惰性气体（例如氮气）或空气中进行干燥；或在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，然后对剩余的混合物进行挤压加热干燥。。其中当使用水蒸汽为加热介质时，干燥后的固体混合物中会含有水，再经过真空干燥、加热干燥或挤压加热干燥后得到橡胶/填料母炼胶。所述真空干燥包括常温真空干燥、冷冻真空干燥及加热真空干燥。所述加热干燥可以为一般的干燥方式，例如烘干或风干。所述挤压加热干燥为先挤压脱除加热介质后再进一步干燥，其中所述进一步干燥为风干、烘干或机械干燥，所述机械干燥为使用开炼机、捏炼机、密炼机、连续密炼机、单螺杆挤出机，双螺杆挤出机进行干燥。
所述的回收溶剂的方法可以使用本领域中任何已知的方法，如将汽化的溶剂通过表面冷凝或直接接触冷凝的方法加以回收。当使用直接冷凝接触的方法时冷却剂可以采用水。
本发明的技术特点有如下六点：
i．本发明的技术特点是采用特殊设计的凝聚器，它是一个由一个或多个进口和一个出口组成的装置。当经过精分散的橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物在高速高湍流的状态下注入凝聚器时，由于速度十分高，根据流体力学及湍流流体力学原理，混合物内部压力急骤下降。在高剪切作用下混合物流将形成细小液滴，加之在低压下液体混合物中的低沸点溶剂可能达到其沸点，溶剂加速挥发，而使溶剂与混合物分离。这一分离过程也可以通过将含大量溶剂蒸汽的混合物液滴通过一狭小的出口从凝聚器中喷出来实现，由于流速的增加而使压力大大下降，因而溶剂的气化速度和程度大大增强。当这一混合流体喷入有高温气体诸如氮气的干燥装置中时，温度的升高使溶剂由混合物迅速扩散到热气氛中而使干燥效率大大提高。
ii．本发明的上述凝聚脱溶剂的方式是凝聚器的多个进口中的一个或两个注入橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物，而由另外的一个或多个进口通入氮气。当进入的混合物和气体均呈高能高速湍流状态时，两者的混合可以在几毫秒至数十毫秒的时间内完成而混合物在此时间内变为液滴。液滴内的溶剂在湍流的低压下迅速膨胀气化，而使混合物中的橡胶/填料/添加剂组分急骤凝聚而形成分散的固/液/气三相混合物。在此过程中，当注入凝聚器内的氮气温度较高时，溶剂的膨胀、气化及固体的凝聚速度将大大提高，液相成份大大下降。在极端情况下，变成只有固体凝聚物和由氮气与溶剂蒸汽形成的固、气两相。当三相或两相混合物通过凝聚器狭小的出口时，由于流速的增加而使流体压力进一步降低致使溶剂的气化程度和速度大大增加，液相迅速减少。当混合流体喷入有高温气体诸如氮气气氛的干燥装置后，由于温度的升高使残留在橡胶/填料/添加剂凝聚物中的溶剂进一步迅速挥发扩散至热气相中，而使干燥效率大大提高。
iii．本发明的上述凝聚和脱溶剂的一个方式是如果添加剂中包括油时，通过由凝聚器的多个进口中的一个或两个在高压高速下注入橡胶/填料/添加剂（其中不含或只含部分胶料中所需的油）/溶剂混合物，而由另外的一个或多个进口注入油。油的量为母胶配方所需量与橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物中已用油量之差。混合物和油在高能湍流的情况下迅速混合而凝聚，而高速湍流流体的低压将使溶剂迅速气化而与橡胶/填料/添加剂复合物分离。如提高油的温度，由于油的热容量大，溶剂的气化过程将加速。当所形成的固、液、气烟雾状混合物通过狭小的出口高速喷入含高温气体的干燥装置后，烟雾状固液相分散状态由于喷出时流体压力的降低而使其进一步增加与气相的接触面积，从而使溶剂的气化速度加快，同时高温气氛也将大大提高脱溶剂的效率。
iv．本发明上述凝聚和脱溶剂的一个方式是通过凝聚器多个进口中的一个或两个进口在高压高速下注入橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物，而由另外的一个或多个入口注入高压水蒸汽。在水的退溶剂作用和高温作用下，橡胶/填料/添加剂在几毫秒至数十毫秒内在溶剂中完成凝聚，并在低压下呈烟雾状，溶剂大量挥发。由于蒸汽液化的潜热，使溶剂气化的速度较热氮气快的多。但形成的烟雾状固、液、气三相混合物中亦增加了水分。该混合物在高压下通过凝聚器的狭小出口高速喷入高温气体时，由于压力的降低和温度的进一步升高，水和溶剂气化而与固相橡胶/填料/添加剂复合物分离而进入气相，使复合物的干燥效率提高。
v．本发明上述凝聚和脱溶剂的一种方式是将橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物在高压高速的条件下经过凝聚器多个进口中的一个或两个注入混合/凝聚器中，而将水尤其是高温水在高压高速的条件从其余进口同时注入凝聚器中。在高能湍流的状态下，加之水对橡胶溶液的退溶剂作用，橡胶/填料/添加剂在几毫秒至数十毫秒的时间内完成凝聚。由于高能湍流液体的低压特性，尤其是当使用高温水时，溶剂迅速达其沸点而挥发，水也部分气化。当在凝聚器内的固、液、气三相混合物在高压下通过其狭小的出口喷出至含有高温空气或氮气的干燥装置后，由于高速形成的低压流体将以雾状分散在高温热空气或热氮气中。在烟雾中凝聚的橡胶/填料/添加剂固/液相的巨大的比表面积和低压将使其中的水分和溶剂又进一步挥发，使固体复合物水分及溶剂干燥效果增加。如在凝聚器内注入的水过多，橡胶/填料/添加剂凝聚后的复合体可能混合在水中。此时，一般的分离方法诸如过滤、离心等将含水分的复合物与水分离，然后进行干燥。
vi．本发明上述凝聚和脱溶剂的一种方式是将橡胶/填料/添加剂/溶剂混合物在高压高速的情况下经过凝聚器多个进口中的一个或几个注入凝聚器中，而将填料水浆，优选高温填料水浆，在高压高速的条件下，亦从其他进口同时注入凝聚器中。在高能湍流的状态下，加之水对橡胶溶液的退溶剂作用，橡胶/填料/添加剂/溶剂与填料水浆均匀混合，橡胶/填料/添加剂的凝聚在几毫秒至数十毫秒内完成。由于高能湍流的低压特性，尤其是用高温填料水浆时，溶剂即迅速达其沸点而挥发，水也部分气化。当在混合/凝聚器内的固、液、气三相混合物在高压下通过其狭小的出口而进入收集装置后，由于高速形成的低压流体将以雾状分散在高温空气或氮气中。一方面由于压力很低，另一方面由于固、液相与气体的接触面大大增加，使溶剂和其中的水分迅速扩散到气相中。如注入凝聚器中的填料水浆中的水过多而喷出之后的水不能完全挥发，橡胶/填料/添加剂凝聚后的复合体可能混合在水中，此时通过一般的分离方法，诸如过滤、离心等将含水分的复合物与水分离，然后进行干燥。
具体实施方式
下面用实施例进一步描述本发明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
（一）实施例中实验数据用以下仪器设备及测定方法测定：
表1橡胶样品制备的仪器设备
序号 设备名称 规格型号 生产厂家
1 密炼机 XSM-1/10-120 上海科创橡塑机械设备有限公司
2 开炼机 152.5*320 广东省湛江机械厂
3 平板硫化机 XLB-D600*600 浙江湖州东方机械有限公司
表2硫化胶物理性能的测试方法及仪器
Figure BDA00003623247300101
（二）实施例及对比例
原料：
合成聚异戊二烯橡胶，IR-70，青岛伊科思新材料有限公司；
白炭黑，NEWSIL1165-MP，无锡确成硅业有限公司；
氧化锌，大连氧化锌厂；
硬脂酸，PF1808，马来西亚立成有限公司；
防老剂4020，江苏圣奥化学有限公司；
硅烷偶联剂Si69，南京曙光化工集团有限公司；
促进剂CZ，山东尚舜化工有限公司；
促进剂DPG，山东单县化工有限公司；
硫黄，无棣金盛化工有限公司。
对比例1
在密炼机内将56份白炭黑、5.6份硅烷偶联剂Si69加入到100份合成顺式聚异戊二烯中进行混炼，当填料混入橡胶后，加入3.5份氧化锌、2份硬脂酸、2份防老剂4020后再混炼4分钟从密炼机中卸料，然后在开炼机上过辊下片得预混胶。停放8小时后，将2份促进剂CZ、1份促进剂DPG和1.8份硫黄在开炼机上加入预混胶中制得混炼胶。经开炼机下片，停放8小时后，在150℃平板硫化机中硫化至正硫化，制得干法硫化胶1。
实施例1
将56份白炭黑、5.6份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌加入到100份12%顺式聚异戊二烯的正己烷溶液中，其橡胶/白炭黑/Si69/正己烷混合物用叶片式搅拌机初混后，将混合物通过一个喷嘴喷入一个多弯头管使混合液在管中与管壁撞击增加填料的分散。后将混合物连续加入到研磨机中进行精分散，即得精分散混合物，然后将混合物在30MPa的压力下经过有四个入口的筒锥式凝聚器中的两个入口连续注入凝聚器内，同时从另外两个入口连续注入温度约为180℃的氮气，所得混合物连续从凝聚器的出口直接喷入约95℃的水中。然后将所得混合物连续喷入充有约150℃的氮气的干燥器内，溶剂和水挥发，形成脱溶剂的胶粒，含有粉状胶粒的氮气、水蒸汽和溶剂混合物经旋风分离器分离得母胶1，溶剂和水进行冷凝回收。
实施例2
将56份白炭黑、5.6份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌加入到100份12%顺式聚异戊二烯的正己烷溶液中，其橡胶/白炭黑/Si69/正己烷混合物用叶片式搅拌机初混后，将混合物通过一个喷嘴喷入一个多弯头管使混合液在管中与管壁撞击增加填料的分散。后将混合物连续加入到研磨机中进行精分散，即得精分散混合物，然后将混合物在30MPa的压力下经过有四个入口的筒锥式凝聚器中的两个入口连续注入凝聚器内，同时从另外两个入口连续注入温度约为95℃的水，所得混合物连续从凝聚器的出口直接喷入约95℃的水中。然后将凝聚并脱溶剂的胶粒经过滤与水分离后在真空度为-0.08MPa下的真空干燥机内干燥20min后经收集得母胶2。
实施例3
将56份白炭黑、5.6份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌加入到100份12%顺式聚异戊二烯的正己烷溶液中，其橡胶/白炭黑/Si69/正己烷混合物用叶片式搅拌机初混后，将混合物通过一个喷嘴喷入一个多弯头管使混合液在管中与管壁撞击增加填料的分散。后将混合物连续加入到研磨机中进行精分散，即得精分散混合物，然后将混合物在30MPa的压力下经过有四个入口的筒锥式凝聚器中的两个入口连续注入凝聚器内，同时从另外两个入口连续注入0.5MPa的水蒸汽，所得混合物连续从凝聚器的出口直接喷入约95℃的水中。然后将凝聚并脱溶剂的胶粒经过滤与水分离后在单螺杆挤出机内干燥3min后得母胶3。
将上述所得的母胶1-3在密炼机内加入2份硬脂酸、2份防老剂4020后再混炼4分钟从密炼机中卸料,胶料在开炼机上过辊，下片。混炼停放8小时后再在密炼机内加入2份促进剂CZ、1份促进剂D和1.8份硫黄后再混炼1.5分钟从密炼机中卸料。经开炼机下片，停放8小时后，在150℃平板硫化机中硫化至正硫化，分别制得湿法硫化胶1-3。
表3硫化胶的物理性能
Figure BDA00003623247300121
从表3可知，在相同配方下，由于湿法混炼胶所采用的凝聚方法不同而制备的硫化胶性能亦有不同，与干法母炼胶相比，湿法母炼胶中填料在橡胶中的分散程度大大改进，硫化胶的拉伸强度、回弹性及耐磨性明显提高，压缩疲劳生热有所降低。

Claims (12)

1.一种橡胶母炼胶的连续式制造方法，包括如下步骤：
步骤1）：将填料加入到橡胶溶液中，通过搅拌形成橡胶/填料/溶剂混合物；
步骤2）：将步骤1）中得到的橡胶/填料/溶剂混合物送入凝聚器中，并在凝聚器中任选与氮气、水蒸气、水、填料水浆和油中的一种或多种流体相接触并混合后凝聚，得到橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤3）：将步骤2）中得到的混合物直接通入温度高于溶剂沸点的加热介质中，该加热介质的极性与所用溶剂的极性不同，混合物进一步凝聚并退溶胀，并且溶剂迅速挥发，从而形成含有该加热介质的橡胶/填料复合物与溶剂的混合物；
步骤4）：脱除溶剂并对剩余的混合物进行干燥，得到橡胶/填料母炼胶；
其中，在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，分离加热介质，从加热介质中分离出来的混合物再转入加热运输带式干燥机内，在真空、惰性气体或空气中进行干燥；或在步骤4）中所挥发出的溶剂和橡胶合成中未反应的单体进入冷凝器和分馏塔中回收，然后对剩余的混合物进行挤压加热干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其中任选回收步骤4）所脱除的溶剂，循环利用。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤1）和/或步骤2）中任选添加一种或多种选自油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、染料、颜料、硫化剂和促进剂的添加剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3）可以使用任何容器来实施。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤3）在罐状容器中实施，优选圆柱形罐状容器。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其中步骤3）所述的加热介质为水，所述溶剂为沸点低于100℃烃类溶剂，任选再经过真空干燥、加热干燥或挤压加热干燥除去水后得到橡胶/填料母炼胶。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述加热干燥为烘干或风干。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述挤压加热干燥为先挤压脱除加热介质后再进一步干燥。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述进一步干燥为风干、烘干或机械干燥。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述机械干燥为使用开炼机、捏炼机、密炼机、连续密炼机、单螺杆挤出机，双螺杆挤出机进行干燥。
11.一种根据权利要求1-10所述的方法制备的橡胶母炼胶。
12.一种橡胶制品，其使用根据权利要求11所述的橡胶母炼胶制备得到。
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Application publication date: 20140226

Assignee: ECOMBINE ADVANCED MATERIALS CO.,LTD.

Assignor: EVE RUBBER INSTITUTE Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022370010017

Denomination of invention: Continuous manufacturing method of rubber master batch and rubber master batch prepared by the method

Granted publication date: 20160427

License type: Common License

Record date: 20220927