CN104053529B - 高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置 - Google Patents

Abstract

提供一种高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置，其可以有效地且容易地在高的除去率下除去橡胶材料中的杂质。该高纯度橡胶材料的制造方法包括：粉碎步骤，其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化；和除去步骤，其中将附着于细粒化的橡胶材料的杂质除去，其中除去步骤是在粉碎步骤之后或者与粉碎步骤同时进行。在粉碎步骤中，使用包括在边缘部装备有切削刀片1a、1b的其上钻有大量通孔2的圆筒状筛网3和在筛网3内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片4的粉碎机，通过在内部刀片4和筛网3的内周面之间的滑动接触来将橡胶材料粉碎。

Description

高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置

技术领域

本发明涉及高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置(以下也简称为"制造方法"和"制造装置")，更具体地涉及通过除去橡胶材料中的杂质来制造高纯度橡胶材料的方法和装置。

背景技术

通常，在橡胶材料(例如天然橡胶)被用于制造橡胶产品(例如轮胎)的情况下，需要除去混入橡胶材料中的杂质。为了除去细小的杂质，例如石头、砂子或木屑，使用的方法是：其中橡胶材料被被粉碎并细粒化，然后在水洗池等中水洗细粒化的橡胶材料，以将暴露在破碎表面上的杂质剥离并分离。作为在这个方法中粉碎橡胶材料的粉碎机，使用当粉碎橡胶产品时通常为各种目的所使用的那些，例如锤磨机和挤出机。

也使用一种方法，其中将橡胶材料通过过滤器并将橡胶材料中含有的固体杂质滤出。在这个方法中，因为通过施加强的压力使橡胶材料通过过滤器，同时固体杂质不通过过滤器，可以轻易除去具有比过滤器的筛孔尺寸更大的尺寸的杂质。

作为与橡胶材料处理有关的技术，例如，专利文献1公开了一种通过多次低温粉碎来处理旧橡胶和旧橡胶产品的方法，其包括将要粉碎的材料冷却的低温冷却装置、杂质分离器和分级器。

相关技术文件

专利文献

专利文献1：日本未审查申请公开(PCT申请的译文)号：2004-511344(权利要求书等)

发明内容

发明要解决的问题

在上述方法中，通过其中将橡胶材料粉碎然后冲洗的方法，通过借助将橡胶材料细粒化而暴露在其表面上，可以有效地将橡胶材料中包含的杂质除去。然而，橡胶材料，特别是未硫化的橡胶，例如天然橡胶，具有强的粘合性或聚集性(agglutination)，因此，难以被细粒化，这一直是个问题。在传统粉碎机中，细粒被限定为约3-6mm见方。因此，更细小的杂质不能暴露在压碎的表面上，已经限制了由此获得的杂质除去率。即使当改变水洗期间的条件(例如流速)来解决上述问题时，也不能进一步减少剩余杂质的量。

因为通过过滤器的方法是其中橡胶材料穿过筛网的一种方法，需要大量的能量，同时，生产效率大大减少，这一直是个问题。因为，当杂质集聚在过滤器上时，橡胶材料不能通过过滤器，过滤器需要定期更换，这也是个问题。

因此，由于除去杂质的常规方法一直是不足的，已经需要建立其中减少橡胶材料中的杂质量以获得高纯度橡胶材料而不引起上述问题的技术。

因此，本发明的目的是要解决上述问题，并提供高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置，其中可以有效地并且容易地在高的除去率下除去橡胶材料中的杂质。

用于解决问题的方案

本发明人深入研究，发现了：如果通过装备有固定刀片和旋转刀片的特定组配的粉碎机进行橡胶材料的粉碎，在粉碎后使用清洗橡胶材料的方法来除去杂质时，可以解决上述问题，从而完成本发明。

换言之，本发明的高纯度橡胶材料的制造方法是包括以下步骤的高纯度橡胶材料的制造方法：粉碎步骤，其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化；和除去步骤，其中将附着于细粒橡胶材料的杂质除去，在粉碎步骤之后或者与粉碎步骤同时进行除去步骤，其中

在粉碎步骤中，通过使用包括在边缘部装备有切削刀片的其上钻有大量通孔的圆筒状筛网、和在所述筛网内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片的粉碎机，通过在内部刀片和筛网的内周面之间的滑动接触来将橡胶材料粉碎。

在本发明的制造方法中，在粉碎步骤中，可以将橡胶材料细粒化成0.5-3mm见方。在本发明的制造方法中，在除去步骤中，优选在细粒化的橡胶材料聚集之前，水洗细粒化的橡胶材料。特别是，优选通过使用装备有喷射水流装置或喷水泵的水池或带有脱水功能的洗涤机，水洗细粒化的橡胶材料。进一步地，在本发明的制造方法中，其中在除去所述杂质的所述细粒化的橡胶材料中的异物率可以在0.2％以下的范围内。

本发明的高纯度橡胶材料的制造装置是：

高纯度橡胶材料的制造方法，其包括：粉碎机，其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化；和除去器，其中将附着于细粒化的橡胶材料的杂质除去，其中

粉碎机包括在边缘部装备有切削刀片的其上钻有大量通孔的圆筒状筛网、和在所述筛网内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片，通过在内部刀片和筛网的内周面之间的滑动接触来将橡胶材料粉碎。

在本发明的制造装置中，在粉碎机中，优选可以将橡胶材料细粒化成0.5-3mm见方。在本发明的制造装置中，除去器优选是水洗型除去器，其中水洗细粒化的橡胶材料，以除去杂质。特别是，除去器可以是装备有喷射水流装置或喷水泵的水池或带有脱水功能的洗涤机。进一步地，在本发明的制造装置中，在所述除去器中，除去所述杂质的除去率为：细粒化的橡胶材料中的异物率可以在0.2％以下的范围内。

在本发明中，切削刀片优选包括沿着筛网的圆周方向设置的横向刀片和沿着筛网的高度方向设置的纵向刀片。

发明的效果

根据本发明，通过使用上述的结构，可以实现高纯度橡胶材料的制造方法和制造装置，其中可有效地且容易地在高的除去率下除去橡胶材料中的杂质。

附图说明

图1是说明本发明高纯度橡胶材料制造装置的结构一个实例的示意性说明图。

图2是说明本发明粉碎机的一个实例的放大的主要部分的平面图。

图3是说明本发明粉碎机的一个实例的放大的主要部分的局部立体图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的实施方案做详细描述。

图1是说明本发明高纯度橡胶材料制造装置的结构的一个实例的示意性说明图。本发明的高纯度橡胶材料的制造装置，包括粉碎机10(其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化)和除去器20(其中将附着于细粒化的橡胶材料的杂质除去)。

图2是说明本发明粉碎机的一个实例的放大的主要部分的平面图。如图所示，根据本发明的粉碎机10，包括在其边缘部装备有切削刀片1a、1b(切削头)的在其上钻有大量通孔2的圆筒状筛网3和在筛网3内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片(转子叶片)4。图3是说明本发明粉碎机的一个实例的放大的主要部分的部分透视图。在图3中，G表示橡胶材料，g表示粉碎的橡胶材料。

在所示的粉碎机10中，在筛网3上设置的切削刀片1a、1b，具有作为圆筒状布置的固定刀片的作用。当橡胶材料被装入筛网3内部并且放射状地设置的内部刀片4旋转时，装入的橡胶材料G随着内部刀片4的旋转而高速旋转，并通过由旋转形成的离心力，被推向筛网3内周面。在内部刀片4和切削刀片1a、1b之间，通过在内部刀片4和筛网3的内周面之间的滑动接触，来将推向筛网3内周面的橡胶材料G粉碎，以使得材料被磨碎。粉碎的橡胶材料g通过通孔2，并排放到筛网3的外面。

当粉碎机10具有这样的结构时，在内部刀片4和切削刀片1a、1b之间，可以有效地将橡胶材料G切削并粉碎。同时，因为内部刀片4可以高速旋转，可以在橡胶材料捏合之前进行切削，从而可以将橡胶材料细粒化成Φ3mm以下的颗粒直径，其不能通过通用粉碎机(例如，传统的锤磨机或挤出机)来获得。通过这，因为甚至更细小的杂质可以暴露在橡胶材料的粉碎表面上，与传统的方法相比，可以大大提高杂质的除去率。当橡胶材料被更加细粒化时，可以进一步减少所获得的高纯度橡胶材料的异物率的平均值和变化。

在本发明中，如所示的，在通孔2边缘部设置的切削刀片，适当地包括沿着筛网3高度方向设置的纵向刀片1a和沿着筛网3圆周方向设置的横向刀片1b。因为，当作为固定刀片的切削刀片包括上述垂直刀片1a和横向刀片1b时，在切削刀片1a、1b和内部刀片4之间被粉碎并穿过通孔2的橡胶材料块，可以变得更细小，从而有助于杂质除去率的改善，这是优选的。

在本发明中，在筛网3上设置的在垂直刀片1a和横向刀片1b之间的间隔，一般是一致的。为了通过上述粉碎机10获得具有3mm以下边长的见方的细粒橡胶材料，在垂直刀片1a和横向刀片1b之间的间隙是2mm以下，特别优选1-2mm的范围内。当切削刀片的间距过宽时，变得难以将橡胶材料细粒化至上述范围的尺寸。另一方面，此外当切削刀片的间距太窄时，不能将橡胶放出，导致生产能力的劣化。按照本发明，通过上述粉碎机10，可以将橡胶材料细粒化成具有3mm以下边长的正方形，特别是0.5-3mm见方。

在本发明中，配置内部刀片4，使得它可以高速旋转，并且，内部刀片4的转速优选例如为4000rpm(100km/h)以上，特别是4700rpm以上，并且进一步地在4700-6000rpm的范围内。当内部刀片4的转速太小时，可能不能切削橡胶，其是不优选的。另一方面，当内部刀片4的转速太高时，机械振动变大，导致故障。在上述粉碎机10中，虽然不特别限定筛网3的尺寸，筛网3的尺寸越小，所获得的高纯度橡胶材料的异物率的平均值和变化可以降低得更多，其是优选的。

用于本发明的粉碎机，具体地说，作为可商购获得的产品可以适当地使用由URSCHEL JAPAN CO.,LTD制造的Comitrol系列，其主要用于食品工业中。

在本发明的制造装置中，附着于通过粉碎机10的细粒化的橡胶材料的杂质，可以通过除去器来除去。这样的除去器可以是任意的，只要可以除去暴露在橡胶材料的粉碎表面上的杂质即可，并且适当地是水洗型的除去器，其通过将细粒化的橡胶材料水洗来除去杂质。作为水洗杂质的这种除去器，可以使用具有其中通过冲击橡胶材料来将杂质和橡胶分离的功能的那些，并优选可以产生更强水流的那些。作为这样的除去器，具体而言，例如，可以适当地使用如图1中所示的喷射水流装置21或装备有喷水泵的池20。可以通过产生旋涡在橡胶材料上产生冲击的装置，例如带有脱水功能的洗涤机，也是有效的。通过使用上述的除去器，可以轻易并简单地进行从橡胶材料除去杂质(的操作)。

下面，将参照图1描述本发明的高纯度橡胶材料的制造方法。

在本发明的制造方法中，在含有杂质的橡胶材料被粉碎和细粒化(粉碎步骤)之后，将附着于细粒化的橡胶材料的杂质除去(除去步骤)。

如所示的，在本发明的制造方法中，具体而言，例如，从泵P供给水，从供给要装入粉碎机10的橡胶22的进料器，在恒速下，在其中橡胶材料与水混合的状态中，将含有杂质的橡胶材料加入水中。在这种情况下，水向粉碎机10的装入量例如是100L/分钟或更大，特别地，可以是100-200L/分钟。

如上所述，粉碎机10包括在边缘部装备有切削刀片1a、1b的在其上钻有大量通孔2的圆筒状筛网3，和在筛网3中放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片4。通过在内部刀片4和筛网3的内周面之间的滑动接触，将与水一起装入粉碎机10的橡胶材料粉碎并细粒化(粉碎步骤)。在这里，将要进料到本发明制造装置的橡胶材料的尺寸预先通过利用通用粉碎机(例如预破碎机、锤磨机或挤出机)的预粉碎处理调整为20-50mm见方。此外，取决于装置的体积，当要装入的橡胶材料的尺寸过大时，制造产率下降。另一方面，当要加入的橡胶材料的尺寸小的时候，进行预处理的数量增加，这终将导致制造产率的下降。过大的尺寸和过小的尺寸两者都不优选。

细粒化的橡胶材料从筛网3的通孔2排出，装入到除去器中，在所示的实施例中，装入到装备有喷射水流装置21的池20中，然后除去附着的杂质(除去步骤)。因为粉碎的橡胶材料具有大的表面积，它具有相当大的聚集性。因此，当将橡胶材料在粉碎后静置时，粉碎的橡胶材料与自身再聚集，由此，不能除去暴露在橡胶材料表面上的杂质。因此，为了从细粒化的橡胶材料除去杂质，优选在粉碎步骤之后立即或者与粉碎步骤同时进行除去步骤。从这样的观点来看，合适的是：如所示的，粉碎机10和除去器20彼此邻近地布置，或者粉碎机和除去器是一体化的(未示出)。具体地说，例如，在如所示的这样的装置中，因为当细粒化的橡胶材料从能够直接排入除去器20的粉碎机10的下部部分排出时，在橡胶材料被细粒化之后，可以立即通过水流来冲击细粒化的橡胶材料，增强橡胶材料和杂质的分离，同时防止细粒化的橡胶材料的再聚集，以可靠地除去杂质。

当在所示的池20中除去杂质时，通过调整喷射水流装置21等优选在装入细粒化的橡胶材料的点例如就在粉碎机10下面设置池中的水流速至0.2m/s以上的范围内，特别是0.2-1m/s，进一步特别的是0.5-1m/s，。因为在细粒化的橡胶材料被装入的点处的水流速越高，在细粒化的橡胶材料再聚集之前可以更有效地除去杂质，可以减少获得的高纯度橡胶材料的异物率的平均值和变化。当水流速过低时，在橡胶材料上的冲击太小，使得杂质从橡胶材料表面的分离不充分，从而杂质可被遗留在橡胶材料的表面上。池20的长度合适地为4m以上，并更合适地是4-10m。当池20的长度太短时，从橡胶材料分离的杂质不能完全沉降，可能再次附着到橡胶材料上。

如所示的，池20优选装备有桨叶23。当在池20的多个点处设置桨叶23时，例如，在长6m的池中的2-3个点处设置桨叶23时，获得了保持水流恒定的效果。在其中设置桨叶23的情况下，在池中设置桨叶的位点下游侧的水流速优选为0.1m/s以下，特别是0.02-0.1m/s。无论是否使用桨叶23，获得的高纯度橡胶材料的异物率的平均值和变化没有大的影响。

在所示的制造装置中，将通过池20与杂质分离的橡胶材料流入贮存贮存单元25，在其上设置截留橡胶24的护栏。结果是，可以从贮存单元25取出被除去杂质的橡胶材料，通过将已经取出的橡胶材料适当地干燥，可以获得高纯度的橡胶材料。已经与橡胶材料一起流入贮存单元25的水，可以穿过截留橡胶材料24的护栏的筛网，从贮存单元25流出，并通过供给单元26供给到喷射水流装置21。

按照本发明，与传统的相比，橡胶材料的异物率可以降低至约一半以下，具体而言，在除去器中可以获得基于细粒化的橡胶材料的异物率为0.2％以下、特别是0.1％以下的杂质除去率。在这里，可以如下来计算橡胶材料中的异物率。首先，将干燥的橡胶材料(质量M(g))在高沸点非极性有机溶剂(例如二甲苯)中加热，以被分解，并通过具有例如47μm孔的筛网来过滤剩余的杂质。将保持在筛网上的杂质质量设定为m(g)，通过(m/M)×100(质量％)来确定异物率。

本发明可以使用的橡胶材料，可以是任意的，只要它是具有使得橡胶可以被粉碎的硬度的含有杂质的固体橡胶即可，所述橡胶材料具体实例包括：含有大量杂质的天然橡胶(未硫化的橡胶)，和包括天然橡胶或各种合成橡胶的未硫化或硫化的橡胶组合物。通过本发明获得的高纯度橡胶材料的使用也没有特别限定，高纯度橡胶材料可以适当地应用于各种橡胶制品，例如轮胎或制造轮胎的气囊。

因为通过本发明获得的高纯度橡胶材料的杂质含量，与传统的相比大大减少，该高纯度橡胶材料可以适当地用于其中需要高纯度的应用中，例如轮胎的原料。换言之，因为其中杂质含量大的橡胶材料的纯度，可以通过施加本发明而增加，根据本发明，无论原本在橡胶材料中含有的杂质的含量，任何橡胶材料都可以用于各种用途。具体地说，例如根据本发明，其中杂质含量大、运输性能优异且价格便宜的固体橡胶材料，可以轻易地净化到与液态橡胶材料类似的纯度，液态橡胶材料中的杂质含量小，运输性能较差，并且是昂贵的，从而提高利用天然橡胶的橡胶产品的成本。

实施例

在下文中，将通过实施例的方式更详细地描述本发明。

<实施例1、2>

通过使用包括粉碎机10的制造装置和装备有喷射水流装置的池20(作为除去器)的制造装置，如图1中所示，从天然橡胶除去杂质。预先通过使用预破碎机或锤磨机，将天然橡胶的尺寸调整为约30mm见方。

对于粉碎机10，使用URSCHEL JAPAN CO..LTD制造的Comitrol(产品号：3M-020080)。这个粉碎机包括：其上钻有许多通孔的圆筒状筛网，在其边缘部装备有沿着筛网的高度方向设置的纵向刀片和沿着筛网的圆周方向设置的横向刀片；放射状地设置在筛网内的内部刀片，其可以高速旋转。在垂直刀片和横向刀片之间的间隙分别是3mm和2mm。将内部刀片的转速设定为4700rpm(110km/h)。装入粉碎机10的水量是100L/分钟。

将通过粉碎机10细粒化的橡胶材料，直接从粉碎机10的下部开口装入到池20中，在将细粒化的橡胶材料装入池中的位置处的水流速，通过以如在下表中所列的方式调整喷射水流装置而变化。池20的长度为6m。池20在三个点处装备有桨叶。在池中设置桨叶的位点下游侧的水流量是0.1m/s。

<常规例1、2>

除了使用通用的挤出机作为粉碎机10之外，以与实施例类似的方式从天然橡胶除去杂质。

<比较例>

除了不适用粉碎机10，直接将具有3-6mm见方尺寸的天然橡胶装入池20中之外，以与实施例类似的方式从天然橡胶除去杂质。

<橡胶材料尺寸的评价>

在装入池20之前，收集细粒化的橡胶材料，并评价其尺寸。结果一起列在下表中。

<异物率的评价>

将从贮存单元取出的橡胶材料干燥，并在甲苯中加热来分解，通过具有47μm孔的筛网过滤剩余的杂质。将干燥橡胶材料的质量设为M(g)，并将保留在筛网上的杂质质量设为m(g)，通过(m/M)×100(质量％)来确定异物率。结果一起列在下表中。

[表1]

上表表明：对于通过本发明Comitrol粉碎的天然橡胶，在池中流速越快，除去杂质的效果越大。这被认为是因为：通过在细粒化后立即用水流来冲击天然橡胶，有效地将天然橡胶与杂质分离。相反，对于由传统的通用挤出机粉碎的天然橡胶，即使当池中流速改变时，除去杂质的数量也不变。

附图标记说明

1a、1b 切削刀片

2 通孔

3 筛网

4 内部刀片

10 粉碎机

20 除去器(池)

21 喷射水流装置

22 供给橡胶的进料器

23 桨叶

24 截留橡胶的护栏

25 贮存单元

26 供给单元

Claims (10)

1.一种高纯度橡胶材料的制造方法，其包括：粉碎步骤，其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化；和除去步骤，其中将附着于细粒化的橡胶材料的所述杂质除去，在所述粉碎步骤之后或者与所述粉碎步骤同时进行所述除去步骤，其中

在所述粉碎步骤中，通过使用包括在边缘部装备有切削刀片的其上钻有大量通孔的圆筒状筛网、和在所述筛网内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片的粉碎机，通过所述内部刀片和所述筛网的内周面之间的滑动接触来将所述橡胶材料粉碎,

其中，所述切削刀片包括沿着所述筛网的圆周方向设置的横向刀片和沿着所述筛网的高度方向设置的纵向刀片。

2.根据权利要求1所述的高纯度橡胶材料的制造方法，其中在所述粉碎步骤中，将所述橡胶材料细粒化成0.5-3mm见方。

3.根据权利要求1所述的高纯度橡胶材料的制造方法，其中在所述除去步骤中，在所述细粒化的橡胶材料聚集之前，水洗所述细粒化的橡胶材料。

4.根据权利要求3所述的高纯度橡胶材料的制造方法，其中在所述除去步骤中，通过使用装备有喷射水流装置或喷水泵的水池或带有脱水功能的洗涤机来水洗所述细粒化的橡胶材料。

5.根据权利要求1所述的高纯度橡胶材料的制造方法，其中在除去所述杂质的所述细粒化的橡胶材料中的异物率在0.2％以下的范围内。

6.一种高纯度橡胶材料的制造装置，其包括：粉碎机，其中将含有杂质的橡胶材料粉碎并细粒化；和除去器，其中将附着于细粒化的橡胶材料的杂质除去，其中

所述粉碎机包括在边缘部装备有切削刀片的其上钻有大量通孔的圆筒状筛网和在所述筛网内放射状地设置的可以高速旋转的内部刀片，通过内部刀片和所述筛网的内周面之间的滑动接触来将所述橡胶材料粉碎,

其中，所述切削刀片包括沿着所述筛网的圆周方向设置的横向刀片和沿着所述筛网的高度方向设置的纵向刀片。

7.根据权利要求6所述的高纯度橡胶材料的制造装置，其中在所述粉碎机中，可以将所述橡胶材料细粒化成0.5-3mm见方。

8.根据权利要求6所述的高纯度橡胶材料的制造装置，其中所述除去器是水洗型除去器，其中通过水洗所述细粒化的橡胶材料，来除去所述杂质。

9.根据权利要求8所述的高纯度橡胶材料的制造装置，其中所述除去器是装备有喷射水流装置或喷水泵的水池或者带有脱水功能的洗涤机。

10.根据权利要求6所述的高纯度橡胶材料的制造装置，其中在所述除去器中，除去所述杂质的除去率为：所述细粒化的橡胶材料中的异物率在0.2％以下的范围内。